Журнал о технике

В интeрвью RT физик рaсскaзaл oб aттoсeкундныx тexнoлoгияx

Aттoсeкунднaя физикa — мoлoдoe нaучнoe нaпрaвлeниe, кoтoрoe изучaeт сoздaниe и примeнeниe ультрaкoрoткиx лaзeрныx импульсoв. bmorskaya.crimea.ua
Длитeльнoсть тaкиx вспышeк сoпoстaвимa сo врeмeнeм, кoтoрoe трeбуeтся в (видах пeрeстрoeния элeктрoннoй структуры aтoмa. Пoэтoму aттoсeкундныe лaзeрныe импульсы пoзвoляют учёным нaблюдaть зa квaнтoвыми прoцeссaми в середине aтoмoв, a тaкжe возбуждать нa ниx. Oб этoм в интeрвью RT рaсскaзaл зaвeдующий кaфeдрoй тeoрeтичeский физики Вoрoнeжскoгo гoсудaрствeннoгo унивeрситeтa Миxaил Фрoлoв. Ориенталист сoвмeстнo с кoллeгoй, дoцeнтoм ВГУ Aлeксaндрoм Флeгeлeм, выдвинул гипoтeзу, сoглaснo кoтoрoй aттoсeкундныe импульсы мoжнo примeнять интересах сoздaния высокопроизводительной электроники нового подобно. Также аттосекундные технологии способны в перспективе скрыть путь к созданию соединений с уникальными химическими свойствами и к новым исследованиям в области квантовой физики.

— Нежели занимается аттосекундная мордасы, как она появилась и вследствие того была выделена в отдельную среда?

— Аттосекундная физиомордия возникла в результате симбиоза двух крупных научных направлений — лазерной физики и физики, изучающей сольватация лазерных импульсов с атомами и молекулами. Вдоль сути, аттосекундная хрюкало занимается изучением волновых процессов в аттосекундном масштабе. Аттосекунда — сие секунда в минус 18-й степени, а неравно приводить наглядные сравнения, в таком случае за одну минуточку проходит столько аттосекунд, как прошло секунд вслед за время существования Вселенной — эталонно 14 млрд планирование. Или приведу другую аналогию: не секрет, что ничто безлюдный (=малолюдный) может превысить живость света, это самое быстрое, ась? существует в природе. И пламя, который испущен Солнцем, достигает Владенья примерно за восемь минут. А в настоящее время возьмём один частица, например, водорода, поперечник которого составляет Водан ангстрем — червон в минус десятой метра. Что-то около вот, свет проходит сие расстояние за одну аттосекунду. Сие безумно короткие интервалы времени, которыми наш брат, разумеется, в обыденной жизни неважный (=маловажный) оперируем и которые хотя (бы) сложно представить.

С момента основы аттосекундной физики все прошло около 20 парение, что по меркам науки немножко. Начиналось всё с единичных экспериментов ровно по производству лазерных импульсов аттосекундной длительности. Поначалу удалось создать возбуждение длительностью в одну фемтосекунду — сие одна квадриллионная секунды. А там физики научились делать импульсы длительностью 800 аттосекунд, а к 2016 году — 300 alias даже 100 аттосекунд.

(языко я уже упомянул, аттосекундная мурло занимается изучением волновых процессов — сие и электромагнитные явления, переменное электромагнитное луг. Либо же квантовые объекты — атомы и молекулы, которые подчиняются законам квантовой физики. Они отличаются с законов классической механики, которые я можем наблюдать в повседневной жизни. Неизвестно зачем, на квантовом уровне движущиеся частицы обладают волновыми свойствами, которые описываются с через волновой функции. Чего), когда мы говорим о волновых процессах, которые изучает аттосекундная хрюкало, мы имеем в виду перестановка электронов и других квантовых частиц.

— В таком случае есть при помощи аттосекундных лазерных импульсов хоть «заглянуть» вовнутрь атомов и молекул?

— Также, поскольку электронная строма атома меняется из-за аттосекундные отрезки времени. Следственно и для детектирования таких процессов нам нужны инструменты, работающие в таких а временных масштабах. Не грех сравнить с обычной фотосъёмкой, идеже чем быстрее движется предмет съёмки, тем короче должна быть томление объектива.

С помощью аттосекундных лазерных импульсов я сможем не всего-навсего узнать, как меняется электронная схема атома в тех аль иных реакциях и условиях, сиречь развиваются эти процессы, только также оказать получи них воздействие.

Электроны в атомах распределены в соответствии с уровням, на каждом уровне находится определённое намолот электронов. Можно познакомить атом в качестве ящика, заполненного рядами шаров. И буде вы убираете собака из какого-так ряда, то, раскованно, верхние шары начнут опускаться в образовавшуюся пустоту. Ведь же самое происходит с атомом: разве вырвать электрон изо внутренней оболочки (уровня), в таком случае на это пространство может прийти электрон с верхнего неужели нижнего уровня. А разве вы хотите заснять процесс этого перехода, вы нужна «ячейка», которая срабатывает быстрее, нежели электрон совершает родной переход. В этой области и работает аттосекундная ряшка, она позволяет проверять модификацию энергетических оболочек атома.

— Каким образом физики получают настоль короткие вспышки лазера?

— Идеже мощный лазерный всплеск взаимодействует с атомом, во, водорода, в атоме возникает полостей, которое испускается в виде гармоники, то есть (т. е.) обертонов, то вкушать вторичного излучения получи и распишись частотах, кратных изначальному излучению лазера. Возникает что бы параллельная исходной катасейма на другой частоте. И коль скоро объединить эти волны, так при совпадении фаз сих волн импульс усилится; когда фазы объединяются в противофазе, ведь поле пропадает. Таким образом, имея огромный спектр таких вторичных волн, дозволено получить узкий и недоступный аттосекундный импульс в результате когерентного (синхронного. — RT) сложения сих обертонов. За разработку метода получения изолированных аттосекундных импульсов в 2023 году была вручена Нобелевская надбавка по физике.

Теперича технология производства аттосекундных лазерных импульсов уж отработана в ряде стран, сие делается в крупных лазерных центрах, идеже есть мощные лазеры. На днях перед научным сообществом имеет смысл задача повысить всесильность аттосекундных импульсов, дай тебе с их помощью позволительно было не всего на все(го) детектировать изменения в электронной структуре атомов, так и влиять на неё. Без дальних слов получаемые аттосекундные импульсы малоинтенсивные, обладают малой мощностью. В духе их усилить — согласие на этот вопросик ещё предстоит сыскать.

— Ваша научная классифицирование недавно опубликовала работу, посвящённую новому эффекту — контролируемому выпрямлению аттосекундного импульса в отдельном атоме. Расскажите, потруди(те)сь, об этом подробнее.

— Встарь всего следует внести ясность, что такое оптическое автотропизм — эффект, какой-либо был открыт сызнова на заре нелинейной оптики, раздела физики, изучающего рассылка световых пучков в твёрдых телах, жидкостях и газах. Действие оптического выпрямления заключается в томишко, что при взаимодействии лазерного излучения с веществом в последнем формируется постоянное электромагнитное нива, дипольный момент. Так-таки до сих пор коэффициент полезного действия оптического выпрямления не возбраняется было наблюдать не менее в каких-то кристаллических структурах держи относительно больших объектах. Да мы с тобой же выдвинули научную гипотезу, как один человек которой аналогичный впечатление оптического выпрямления впору воспроизвести на атомарном уровне, изнутри. Ant. снаружи атома.

Это должно, если воздействовать аттосекундными лазерными импульсами сверху атом, помещённый в интенсивное инфракрасное степь.

— Это может улучить какое-то техническое действие?

— Технология создания дипольного момента в атомах может трансцендентно найти применение около создании электроники нового в виде. Дело в том, что-что сейчас вся элементная костяк строится на полупроводниках, в основном кремнии. Согласно сути, хранение и опыливание информации в этом случае производятся по (по грибы) счёт перемещения электронов в кремниевой подложке. Все эта технология идет к пределам своих возможностей, подъем производительности процессоров видно замедлился в последние годы, подобает поиск альтернатив кремнию.

За единый вздох подчеркну, что доколе это только подозрение. Но предположим, какими судьбами в качестве такого носителя смогут выбиться атомы любого вещества, которые будут с аттосекундной скоростью обменивать дипольный момент подина воздействием лазера. В этом случае прыть вычислений, производительность компьютеров сможет покрупнеть сразу на порядки.

— Планируется ли выполнить эксперименты для подтверждения данной гипотезы? В России глотать необходимые для сего мощности, оборудование?

— Отлично, в России есть караван мощных лазерных установок — так, такая лаборатория поглощать в МГУ, действует близкий центр и в Нижнем Новгороде, Сарове. В таком случае есть технически жить такие эксперименты в России (у)потреблять на чём, обустройство имеется. Однако аттосекундные исследования до этого (времени не находятся в центре внимания отечественной экспериментальной физики. Ныне это направление исследований вяще всего востребовано в США, европейских странах и Китае. У нас но крупные лазерные центры и физики-экспериментаторы сконцентрированы для других областях науки. Российские мощные лазеры без остатка задействованы в других экспериментах, отдельный из них строился почти свою задачу. Для того чтоб развивать аттосекундную физику, нужно ровно по большому счёту раскрыть специальные лаборатории, которые занимались бы то-то и оно этим направлением.

— В каких опять областях может выкопать применение или ранее находит аттосекундная физиономия? Например, как симпатия может быть задействована в медицине и биохимии?

— Аттосекундная лицо может в перспективе выказать возможность влиять бери электронную структуру атомов, а не более и не менее она отвечает после химические свойства веществ. Потому, если мы научимся бездоказательно формировать электронную тесность в атомах и молекулах, сие, возможно, позволит производить уникальные соединения и вещества, которые будут иметь отличительной особенностью новыми физическими и химическими свойствами. Вне того, есть догадка, согласно которой раковые и здоровые клетки соответственно-разному откликаются получи лазерное воздействие, вдобавок разница составляет десятки аттосекунд. Её выдвинул нобелевский лауреат числом физике немецкий научник Ференц Краус. Ровно по его мнению, рядом помощи аттосекундных лазерных импульсов допускается диагностировать рак и некоторые заболевания.

В фундаментальной науке аттосекундные технологии помогут посмотреть внутрь атома и до мелочей изучить динамику квантовых процессов. В целом планы на будущее для развития у этой области обширные.

Упаковка подготовлен при поддержке бульдозер-службы Минобрнауки.