Фізики з Інституту квантової оптики суспільства Макса Планка домоглися рекордної частоти коливань електричного струму завдяки використанню інтенсивних лазерних полів. Вона склала майже 6 петагерц - час одного коливання щонайменше на порядок менше, ніж час коливання хвилі світла оптичного діапазону. Вчені сподіваються, що нова техніка аналізу таких високочастотних коливань дозволить стежити за динамікою електронів на атомному масштабі. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз Товариства Макса Планка.
Швидкість роботи мікроелектронних чіпів залежить від великої кількості параметрів: часу включення і відключення транзисторів, розмірів чіпа та інших. Серед фундаментальних обмежень, що впливають на тривалість елементарних операцій, можна також виділити частоту з якої може змінюватися сигнал. Оскільки електричний струм виникає завдяки дії електричних полів, чим швидше змінюється вектор напруженості поля, тим більших частот можна досягти.
Природним джерелом швидких змін в електромагнітних полях є світло. Так, коливання світла оптичного діапазону відповідають частотам близько сотень терагерць. Використовуючи високоінтенсивне лазерне випромінювання, фізики раніше вже наближалися до частоти коливань електричного струму в один петагерц. У новій роботі авторам вдалося переступити через цей кордон.
Фізики вивчали природу нелінійних ефектів, що виникають при опроміненні тонких шарів оксиду кремнію лазерними імпульсами високої інтенсивності. У роботі вчені розвивали напруженість електричного поля аж до 10 гігавольт (мільярдів вольт) на метр. У такій ситуації різко змінювалися властивості окису кремнію - так, її провідність збільшувалася в квінтильйон разів, з рівня 10-14 - 10-16 до десятків зворотних ом· метрів (сименсів). Самі електрони при цьому починали когерентно коливатися - з однією частотою і постійною різністю фаз коливань між частинками.
Для того, щоб визначити частоту коливань електронів, фізики досліджували ультрафіолетове випромінювання, яке випускали частинки. Це набагато простіше, ніж намагатися безпосередньо візуалізувати рухи електронів. Виявилося, що період їх коливань становив менше однієї фемтосекунди - 470 аттосекунд. Це відповідає 5,8 петагерця. Максимальні частоти коливань, зареєстровані в експерименті, сягали 8 петагерц, що майже вдесятеро перевищує попередній зафіксований рекорд.
На масштабі одиниць і десятків фемтосекунд відбуваються процеси розриву хімічних зв'язків. За допомогою сучасних методів дослідження вчені мають можливість відстежувати такі явища - нещодавно ми повідомляли про спостереження за розпадом молекули ацетилену на два фрагменти. Наукова група домоглася рекордного дозволу в 0,6 фемтосекунд - 600 аттосекунд. Поліпшення дозволу до одиниць і десятків аттосекунд дозволить побачити деталі більш швидких процесів - наприклад, перенесення електронів.