Исследователи смогли получить голограммы атомов с помощью электронов, движение которых управлялось с помощью лазеров

Рис. 1. Диаграмма демонстрирует распределение скоростей электронов, значение этих скоростей было использовано для получения голограммы атома ксенона. (Рисунок из Science Express, DOI:10.1126/science.1198450).

Исследователи из группы Имкье Хюсманса (Ymkje Huismans) экспериментально продемонстрировали возможность получения голографических изображений атомов или молекул следующим способом – от электронной оболочки атома или молекулы «принудительно» отрывается электрон, после чего, направляемый электрическим полем, этот электрон направляется обратно – к молекуле или атому.

При проведении экспериментов исследователи облучали атом или молекулу интенсивным инфракрасным лазером, в результате чего происходила ионизация, и с электронных оболочек атома или молекулы отрывался электрон. Электромагнитное поле, создаваемое лазерным излучением, заставляло электрон испытывать колебания, в результате которых он то приближался к иону, то отдалялся от него. В какой-то момент происходило столкновение электрона и атома, в результате чего происходил незначительный выброс электромагнитного излучения.

Когерентность движения электрона позволяла исследователям надеяться, что они смогут применить технику голографии для записи информации о свойствах иона и электрона. Ключом для создания таких голографических изображений является интерференция, возникающая при взаимодействии опорной волны (волны, испускаемой электроном и не вступающей во взаимодействие с ионом) и сигнальной волны (эта волна рассеивается на ионе и позволяет определить его строение). При интерференции опорной и сигнальной волн на детекторе исследователи могут расшифровать информацию о свойствах иона и электрона. Как поясняют исследователи, новая методика позволяет получать голограмму атома с помощью его собственных электронов.

Исследователи также разработали теоретические модели для объяснения собственных измерений, из моделей вытекает, что голограмма может нести информацию о единичном состоянии электронов в атомном или молекулярном ионе. Новый подход позволяет разработать новый тип фотоэлектронной спектроскопии, с помощью которого становится возможным следить за перемещением атомов и электронов в аттосекундрой временной шкале. Такой аналитический метод позволит получить большее количество важных деталей о механизмах химических реакций, в особенности тех, изучение которых невозможно или затруднено при использовании других методов.