Физики впервые визуализировали движение пар электронов в аттосекундном масштабе

Исследователи из Института многодисциплинарных наук Общества Макса Планка разработали метод, позволяющий напрямую визуализировать и управлять парами электронов в ультракоротких временных масштабах. Их работа опубликована в журнале Physical Review Letters.

Ученые использовали наноразмерные полевые эмиттеры — микроскопические металлические острия, испускающие электроны под действием сильного электрического поля. Для изучения пар электронов они заставили их взаимодействовать с мощным лазерным импульсом вблизи нанометровой кремниевой мембраны.

«Когда электроны проходят через эту область, они могут обмениваться квантами энергии со светом — поглощать или излучать фотоны — что приводит к небольшим изменениям их энергий», — объяснил доктор Валерио Ди Джулио, разработавший теоретическую основу исследования.

Этот подход позволил реконструировать, как электронные пары упорядочены во времени и энергии. «Мы смогли напрямую отобразить полное фазовое пространство двухэлектронных импульсов — впервые показав, как всего несколько свободных электронов эволюционируют вместе во времени и энергии», — сказал первый автор работы Рудольф Хайндл.

Исследователи обнаружили, что фазовая структура испущенных пар электронов имеет бимодальную (двухлепестковую) структуру. Один из этих режимов возникает из-за отталкивания между двумя электронами, а другой — из-за их дисперсии.

В будущем эта работа может открыть новые возможности для разработки систем ультрабыстрой визуализации и квантовых технологий. Ученые планируют исследовать когерентное формирование малоэлектронных импульсов и изучить, как эти корреляции можно использовать для создания новых типов электронных пучков.