Laser Kedua: Untuk Fotografi Elektronik yang Gila

Sama seperti kita menggunakan cahaya untuk mengamati dunia makroskopis di sekitar kita, kita juga dapat menggunakan cahaya untuk menyelidiki dunia subatom. Namun satu prinsip harus dipatuhi: pengukuran apa pun harus lebih cepat dari waktu yang diperlukan agar sistem yang diteliti dapat berubah secara signifikan, jika tidak, hanya hasil yang samar-samar yang dapat diperoleh.
Dalam sebuah molekul, atom bergerak dalam skala waktu femtodetik (sepersejuta detik, 10^-15 detik), posisi dan energinya berubah dalam satu hingga beberapa ratus attodetik, dan untuk mengukur geraknya, teknologi femtodetik "dapat tidak membantu.
Seberapa pendekkah satu attosekon? 1 attosekon sama dengan 10^-18 detik, yaitu sepersejuta miliar detik. 1 attosekon setara dengan 1 detik umur alam semesta (13,8 miliar tahun). Seberkas cahaya yang merambat dari satu sisi ruangan ke dinding seberangnya membutuhkan waktu 10 miliar detik busur.
"Kehidupan nyata" dari pulsa attosecond
Bagaimana cara mendapatkan pulsa cahaya ke skala attodetik? Secara teoritis, pulsa cahaya yang lebih pendek dapat dihasilkan dengan menggabungkan pulsa laser dengan panjang gelombang pendek dari berbagai panjang gelombang.
Wei Zhiyi, seorang peneliti di Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, menjelaskan kepada reporter Science and Technology Daily: "Untuk menghasilkan panjang gelombang baru tidak hanya memerlukan penggerak laser femtosecond, tetapi juga perlu difokuskan pada gas, melalui interaksi atom cahaya dan gas menghasilkan apa yang disebut harmonik tinggi, harmonik tinggi adalah siklus dalam penggerak laser, pembangkitan dua siklus gelombang."
Pada tahun 1987, Lhuillier dan rekannya memfokuskan sinar laser infra merah ke gas inert dan menemukan bahwa harmonik yang dihasilkan lebih banyak dan lebih kuat daripada yang dihasilkan sebelumnya dengan penggerak laser dengan panjang gelombang lebih pendek, dan banyak harmonik yang diamati memiliki intensitas cahaya yang serupa.
Penelitian lebih lanjut menemukan bahwa, dalam kondisi yang tepat, harmonik tumpang tindih untuk menghasilkan serangkaian pulsa laser dalam pita ultraviolet, yang masing-masing panjangnya hanya beberapa ratus attodetik.
Pada tahun 2001, Agostini dan rekan-rekannya di Perancis berhasil menghasilkan rangkaian kereta pulsa yang hanya bertahan 250 arsec. Ferenc Krauss dan rekan-rekannya di Austria melakukan hal sebaliknya, mengisolasi pulsa cahaya terisolasi tunggal yang berlangsung selama 650 detik busur dan menggunakannya untuk melacak dan mempelajari proses "menarik" elektron dari atom.
“Ini adalah karya ketiga ilmuwan ini, yang diwakili oleh para peneliti selama lebih dari satu dekade, melalui kecerdikan dan upaya yang tak henti-hentinya, sehingga ilmu pengetahuan ultracepat memasuki era attodetik.” kata Wei Zhiyi.
Menjanjikan di sejumlah bidang, "tunjukkan keahlian Anda"
Seekor burung kolibri kecil dapat mengepakkan sayapnya 80 kali per detik, dengan mata manusia tidak dapat melihat, namun dengan kamera berkecepatan tinggi dapat dibingkai menjadi bingkai aksi yang jelas.
"Pulsa cahaya kedua justru mempelajari dunia material mikroskopis 'kamera berkecepatan tinggi', yang dapat 'mengamuk' dari elektron yang dibingkai untuk observasi." Wei Zhiyi berkata penuh harap, "Mempelajari dan memahami elektron dalam skala waktu yang singkat (attodetik) diharapkan dapat memfasilitasi perkembangan pesat elektronik ultracepat, yang suatu hari nanti dapat menghasilkan chip komputer yang lebih kuat. Hal ini juga memungkinkan kita untuk membedakan molekul berdasarkan sifat elektroniknya dan menggunakannya untuk diagnosis penyakit yang cepat dan akurat."
Menurut Wei Zhiyi, saat ini, selain tim peneliti di atas secara internasional, sejumlah tim peneliti di Amerika Serikat, Kanada, Italia, Swiss, Jepang, Korea Selatan, dan negara lain juga telah melakukan penelitian terhadap generasi. pulsa attosecond dan penerapannya di berbagai bidang seperti fisika, kimia dan biologi.
"Misalnya, tim Prof. Chang Zenghu di University of Central Florida di Amerika Serikat mencetak rekor dunia untuk denyut attodetik terpendek sebanyak dua kali, pada tahun 2012 dan 2017, dan 43-denyut attodetik yang dibuat oleh Institut Federal Swiss Teknologi pada tahun 2017 sejauh ini memegang rekor dunia sebagai yang terpendek. Secara khusus, UE telah membangun Fasilitas Cahaya Ekstrim (ELI-ALPS) di Hongaria, dengan laser attodetik sebagai komponen utamanya, untuk membekali para ilmuwan di berbagai bidang untuk melakukan penelitian ilmiah attosecond." Wei Zhiyi menghitung hasil di bidang attodetik.
Penelitian tentang pulsa cahaya attosecond juga telah banyak ditekankan oleh para ilmuwan Tiongkok. Institut Fisika Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, Institut Mekanika Optik Shanghai, Institut Mekanika Optik Xi'an, Universitas Peking, Universitas Normal Tiongkok Timur, Universitas Teknologi Pertahanan Nasional, Universitas Sains dan Teknologi Huazhong dan unit lainnya membawa melakukan penelitian di bidang ilmu attosecond. 2013, kelompok Wei Zhiyi untuk pertama kalinya di Tiongkok menghasilkan dan mengukur pulsa attodetik terisolasi sebesar 160 attodetik, dan sekarang berkembang lebih jauh ke arah lebar pulsa yang lebih pendek, energi yang lebih tinggi, dan frekuensi pengulangan yang lebih tinggi, yang akan memberikan kesempatan bagi para ilmuwan Tiongkok untuk mengembangkan laser attodetik mereka sendiri. Dikombinasikan dengan peralatan terminal, ia menyediakan platform dan fasilitas terkemuka internasional untuk penelitian laser attosecond di bidang fisika benda terkondensasi, fisika atom dan molekul, kimia, biomedis, informasi dan energi.