میدان‌های نوری سه‌بعدی، الکترون‌ها را به حالت‌های کوانتومی سوق می‌دهند که قبلا فراتر از دسترس تجربی بود

توسط Ute Kehse، Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

تیمی از فیزیکدانان دانشگاه اولدنبورگ با قرار دادن دو پالس لیزری فوق کوتاه که از جهات مختلف همگرا می شوند، موفق به تولید میدان های نوری سه بعدی شده اند.

با استفاده از همین روش، آنها همچنین توانستند الکترون‌ها را به حالت‌های کوانتومی برانگیزند که قبلا در آزمایش‌ها غیرقابل دسترس بودند.

محققان در مجله Physical Review Research گزارش دادند که این رویکرد راه‌های آزمایشی جدیدی را برای شناسایی ساختارهای کایرال، کنترل برهم‌کنش‌های بین نور و ماده و ایجاد حالت‌های کوانتومی الکترونیکی خاص باز می‌کند.

دکتر Matthias Wollenhaupt، سرپرست تیم تحقیقاتی، توضیح می‌دهد: «با روش ما، می‌توانیم حالت‌های کوانتومی الکترونیکی ایجاد کنیم که قبلا فقط به صورت تئوری توصیف شده‌اند و همچنین آنها را از نظر فضایی قابل مشاهده کنیم». بنابراین، ما جعبه ابزار اپتیک تجربی را گسترش داده ایم تا کلاس جدیدی از میدان های نوری سه بعدی را در بر گیرد.

برای تولید میدان‌های نوری سه‌بعدی، این تیم دو پالس لیزر فمتوثانیه‌ای با شکل خاص را روی هم قرار دادند. این فوران های نوری بسیار کوتاهی هستند که فقط چند میلیونم یک میلیاردم ثانیه طول می کشد. محققان دو پرتو لیزر با رنگ‌های مختلف را ترکیب کردند و باعث شدند پرتوها در یک نقطه قطع شوند و در نتیجه میدان‌های نوری سه‌بعدی ایجاد کردند که شکل آنها را کنترل کردند.

داریوس کونکه، یکی از دو نویسنده اصلی این مطالعه و دکترای دکترا، توضیح می‌دهد: «میدان‌ها در هر سه جهت فضایی نوسان می‌کنند و فرصت‌های جدیدی را برای بررسی و کنترل برهم‌کنش‌های خاص ماده نوری ایجاد می‌کنند». دانشجوی گروه تحقیقاتی Ultrafast Coherent Dynamics. مزیت کلیدی این روش این است که محققان می توانند از میدان های نوری سه بعدی برای تولید حالت های کوانتومی الکترون هایی استفاده کنند که قبلا در آزمایش ها غیر قابل دسترس بودند.

این تیم با استفاده از میدان نوری سه بعدی خود برای برانگیختن انتخابی الکترون‌های موجود در اتم‌های پتاسیم به حالت‌های پرانرژی-که به عنوان حالت‌های برانگیخته شناخته می‌شوند- و سپس رها کردن آنها از اتم‌ها، نشان دادند. محققان توانستند به طور همزمان تغییرات حالت های الکترونی را در فواصل زمانی کوتاه مشاهده کنند.

بنابراین، روش آنها مانند یک دوربین با سرعت فوق العاده بالا برای فرآیندهای کوانتومی عمل کرد: مانند تکنیک نورپردازی فلاش استروبوسکوپی، آنها توانستند مراحل متوالی حالات مختلف الکترونی را ثبت کنند و فیلمی از تکامل آنها را تشکیل دهند.

محققان توضیح می‌دهند که روش جدید به‌ویژه برای بررسی مولکول‌های کایرال، که نقش کلیدی در زیست‌شناسی و پزشکی دارند، امیدوارکننده است. مولکول‌های کایرال به دو شکل وجود دارند که تصاویر آینه‌ای از یکدیگر هستند، اما نمی‌توان آنها را روی هم قرار داد، دقیقا مانند یک جفت دست چپ و راست انسان.

بسیاری از مولکول های زیستی، از جمله اسیدهای آمینه، کربوهیدرات ها و مواد فعال در محصولات دارویی، می توانند کایرال باشند. دو شکل آنها اغلب خواص متفاوتی دارند.

به عنوان مثال، ماده فعال تالیدومید در داروی Contergan یک شکل دارد که باعث نقص مادرزادی در دوران بارداری می شود و شکل دیگری بی ضرر است. با این حال، تفکیک یا تمایز بین دو شکل مختلف می تواند بسیار دشوار باشد.

میدان‌های نوری سه‌بعدی می‌توانند به پیشرفت‌های مهمی در زمینه سنجش کایرال منجر شوند: ولنهاپت توضیح می‌دهد: «مطالعات نظری نشان می‌دهد که میدان‌های نوری سه‌بعدی نیز می‌توانند دارای ویژگی‌های کایرال باشند».

احتمالاتی که میدان‌های نوری سه‌بعدی برای بررسی و کنترل کایرالیته مولکولی باز می‌کنند اخیرا توسط فیزیکدان دکتر اولگا اسمیرنوا از مؤسسه اپتیک غیرخطی Max Born در برلین در مقاله‌ای که در مجله Science با عنوان "عصر جدید کایرالیتی مولکولی" منتشر شده است، برجسته کرده است. فیزیکدانان می نویسند که مطالعه حاضر پایه مهمی برای چنین کاربردهایی ایجاد می کند.

D. Köhnke و همکاران، یونیزاسیون چند فوتونی با میدان های نوری سه بعدی، تحقیقات مروری فیزیکی (2026). DOI: 10.1103/r36b-vw82

اطلاعات مجله: Physical Review Research , Science

ارائه شده توسط Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →