Немецким физикам удалось испытать один из нестандартных методов разгона электронов, который основан на принципе использования наночастиц и сверхкоротких импульсов лазера. В эксперименте принимали участие диэлектрические частицы с размерными характеристиками до 100 нм, которые изготовлены из диоксида кремния. На эти частицы направлялось поляризованное лазерное излучение с длительностью импульсов не более пяти фемтосекунд, что вписывается в несколько периодов волн. «Мощное импульсное излучение лазера способно уничтожить наночастицы, - рассказывает руководитель группы ученых Эккарт Рюль из Свободного университета Берлина. – Поэтому мы решили использовать для эксперимента пучок наносфер диоксида кремния (SiO2), при поступлении нового опытного материала импульсный лазер воздействовал на него».
Наночастицы диоксида кремния содержат около 50 миллионов атомов каждая. При попадания лазерного излучения на них, выполнялась ионизация. При этом электроны были вынуждены покидать оболочку наночастицы, вылетая в различные стороны. Часть электронов, отдаляясь от своей родной наночастицы на дистанцию не больше одного нанометра, решило вернуться обратно под влиянием лазерного поля, но при ударе об упругую поверхность наносферы электроны опять стремительно улетали в разные стороны. Авторы эксперимента утверждают, что такое поведение электронов или процесс ускорения напоминают короткую и стремительную партию в большом теннисе, где происходит мощная подача, отбивание с последующим мощным посылом мяча.
«Ускорение позволяло возникать локальному электрическому полю у электронов под воздействием лазерного излучения. Ускорение превышает по своим силовым характеристикам превосходит поле лазерного излучения. В процессе также происходит взаимодействие между всеми вылетевшими заряженными электронами», - такой информацией с нами поделился один из участников эксперимента Матиас Клинг, ученый из Института квантовой оптики им. Макса Планка. Также играет определенную роль поверхность самой наночастицы, которая получает положительный заряд. Если создать определенные условия для увеличения энергии ускорения электронов, то она становится достаточно серьёзной: в опыте были определены следующие показатели, которые в 60 раз превышают по энергетике 700-нанометровый фотон (1,77 эВ).
На этом рисунке продемонстрированы три стадии ускорения электронов. На первой стадии они покидают оболочку наночастицы под действием лазерного излучения, которая показана красной волной. Затем зеленные частицы (электроны) возвращаются обратно и испытывают упругое столкновение с поверхностью родной наночастицы и устремляются прочь от неё. При этом электрон приобретает большую кинетическую энергию.
В ходе эксперимента были зафиксированы вспышки крайнего ультрафиолетового излучения . В данной области спектра могут присутствовать волны длиной 120 – 10 нм, а энергия фотонов от 10 до 124 эВ. Фотоны с подобными характеристиками могут рождаться в условиях, если электроны, при приближении к поверхности «родной» наночастицы будут не отражаться, а наоборот поглощаться.
