Interview med nobelpristageren Anne L'Huillier, opdager hendes vision om Attosecond Laser Pulse

Nobelprisen i fysik i 2023 blev tildelt Anne L'Huillier og hendes to kolleger Pierre Agostini og Ferenc Krausz, og for nylig tildelte Berthold Leibinger Stiftung kernefysikeren Berthold Leibinger Future Prize. Leibinger Future Award. I et eksklusivt interview fortæller Anne L'Huillier, der netop er blevet tildelt Nobelprisen i fysik, om forskningen i attosekundlaserimpulser.
Spørgsmål: Prof. L'Huillier, hvis du var til en grillfest, og nogen spurgte dig, hvad du lever af, hvad ville du så sige?
L＇Huillier: Normalt vil jeg sige, at jeg primært arbejder med laserfysik og atomfysik. Vores team kan lyse med meget, meget korte pulser af laserlys, hvilket gør det muligt at fotografere nogle processer, der bevæger sig meget hurtigt, såsom dem, der involverer bevægelse af elektroner. Du kan tænke på det som, hvad blitzen fra et normalt kamera gør.
Q: Når du siger "meget, meget kort", mener du ......?
L＇Huillier: Kun få attosekunder lange laserimpulser.
Q: Kan du kort beskrive et attosecond?
L＇Huillier: Det er faktisk meget svært at beskrive. Jeg tror, ​​det kunne være lettere at forstå en analogi: 1 attoseund er til 1 sekund, hvad 1 sekund er for universets samlede alder (14 milliarder år). Men jeg er ikke så sikker på, at denne beskrivelse virkelig hjælper dig med at forstå attosekundet.
Q: Nå, det kan måske hjælpe lidt.
L＇Huillier: Vi vil altid have den sædvanlige følelse af, at et attosekund ikke kan opfattes i form af tid, som folk kan forstå. Heldigvis kan vi dog verificere det ved hjælp af matematiske og videnskabelige teorier om abstraktion såvel som eksperimenter, og herfra ved vi, at 1 attosecond=10-18 sekunder. Desuden er et mere interessant spørgsmål end at tænke på længden af ​​et attosekunde, hvorfor vi ønsker så lille en tidsskala.
Spørgsmål: Så hvorfor har vi brug for pulser af attosekundlængde?
L＇Huillier: Fordi visse processer i naturen er så hurtige, at vi kun kan måle dem ved hjælp af attosekunds lysimpulser, hvoraf den vigtigste er elektronernes bevægelse. Jo hurtigere blitzen, altså jo kortere lysimpulsen, jo tættere på kan vi observere processen. I dag fokuserer min forskergruppe stadig på at fotografere simple processer i og omkring atomer, fordi det er nemmere at opnå. Men hvis vi kan gøre yderligere fremskridt på dette område, vil vi være i stand til at observere elektronernes bevægelse i mere komplekse systemer, såsom i molekyler. Elektronbevægelse forårsager kemiske reaktioner. En dag vil vi være i stand til at måle disse indledende bevægelser.
Q: Og hvad så?
L＇Huillier: Måling er det første skridt mod kontrol. Så på længere sigt er vores største mål at kunne kontrollere kemiske reaktioner på elektronniveau.
Q: Styr det og brug det til hvad?
L'Huillier: Det er svært for mig at forudsige, hvor det vil blive brugt, eller hvad det vil ændre i fremtiden, men det er grundforskning.
Prof. Anne L'Huilliers forskerhold i Lund, Sverige, bruger femtosekundlasere til at generere pulser af højharmonisk lys. Disse impulser bruges derefter til at generere attosecond-laserimpulser for at visualisere atomare processer
Spørgsmål: I et eksperiment i 1987 opdagede du de høje harmoniske, der er en forudsætning for at generere attosekundpulser.
L＇Huillier: Ja, det var en dejlig tilfældighed. Det er det bedste, når du opdager noget, der overrasker dig! Det betyder, at der er noget, der venter på, at du kan rette det. Det, vi virkelig ville gøre på det tidspunkt, var at bombardere ædelgasser med en stærk laser og studere fluorescenseffekten. Det viste sig, at det stærkeste lys, der blev observeret i processen, ikke var fluorescens, men en høj harmonisk af laserfrekvensen, en opdagelse, der ændrede min videnskabelige karriere. Med generering af høje harmoniske var det muligt at generere attosekunder-impulser. Det er det, jeg stadig gør nu.
Spørgsmål: Er det muligt i det mindste at danne et mentalt billede af høj harmonisk generering?
L＇Huillier: Ja! Jeg har en bedre sammenligning end attosekundet og universets alder. Hvis du sender en bue gennem strengene på en violin, får du ikke kun rene toner (rene tonefrekvenser), men også andre frekvenser. I musik kaldes disse frekvenser overtoner, og de giver tonefarve; overtoner kaldes også harmoniske. En lignende ting sker, når man under visse forhold udsætter en gas for en femtosekund laserpuls, som skaber nye laserfrekvenser med kortere bølgelængder. Man kan sige, at de højere harmoniske er laserfysikkens overtoner.
Q: Hvad kan en højharmonisk lyspuls gøre?
L＇Huillier: Du kan bruge dem til at generere attosekundpulser, men de er også nyttige i sig selv. Vi arbejder i øjeblikket med en producent af litografi- og metrologiudstyr til halvlederindustrien for at bruge højharmoniske til at inspicere halvledermikrostrukturer. Dette er et meget håndgribeligt projekt for en som mig, der laver grundforskning. Jeg er overrasket og glad for, at vores arbejde er nyttigt for samfundet.
Prof. Anne L＇Huillier hjalp med at etablere fysikken i attosekundlasere. Dette arbejde kan snart lyse op i elektronikkens verden.
Q: Har din forskning også bidraget til udviklingen af ​​laserteknologi?
L＇Huillier: Helt sikkert, vores arbejde med attosecond-fysik har fortsat inspireret laserproducenter til at udvikle nye og bedre ultrakorte pulslasere i løbet af de sidste par årtier. Vi har selvfølgelig også gavn af bedre strålekilder. Jo bedre den initiale laserkilde er, jo bedre desto højere harmoniske vil være i stand til at producere attosekundpulser. For os fører det til yderligere teknologiske fremskridt, såsom ny diagnostik og målemetoder inden for USP laserteknologi – med andre ord bliver vi ved med at inspirere hinanden. Men ud over disse behagelige bivirkninger er der noget andet i mit arbejde, som er meget vigtigt for mig.
Q: Hvad er ellers meget vigtigt for dig?
L＇Huillier: Jeg er forsker, men jeg er også lærer. Det betyder, at jeg kommer til at undervise en flok dygtige unge mennesker og se dem vokse og berige deres oplevelse, hvilket jeg synes er mit største bidrag.
Anne L'Huilliers profil
Anne L'Huillier, født i Paris i 1958, er en fransk fysiker og i øjeblikket professor i atomfysik ved Lunds Universitet. Hun var en af ​​nøglefigurerne i etableringen af ​​forskningsfeltet attosekundfysik og har modtaget adskillige priser. Tidligere i år modtog hun Berthold Leibinger Future Prize for sine forskningsresultater, og kun få dage senere blev hun tildelt Nobelprisen i fysik i 2023 sammen med Pierre Agostini og Ferenc Krausz.