في الآونة الأخيرة، حقق فريق البحث التابع لـ Xiao-Jun Liu في معهد القياس الدقيق (IPM) تقدمًا مهمًا في مجال فيزياء الأتوثانية. اقترح الفريق مخططًا جديدًا يسمى "بوابة الاستقطاب الأتوثانية"، والذي يحقق الكشف السريع للغاية عن ديناميكيات ارتباط الإلكترون في التأين الذري القوي المدفوع بالليزر. نُشرت النتائج في Physical Review Letters، وهي مجلة فيزيائية رائدة، وتم اختيارها كاقتراح من المحررين.
إن الكشف عن قوانين الديناميكيات الإلكترونية داخل المادة على مقياس زمني من الأتوثانية يشكل أساسًا فيزيائيًا مهمًا للتعرف على العديد من العمليات الضوئية والكيميائية الضوئية فائقة السرعة في الطبيعة وفهمها. ولهذا السبب، مُنحت جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2023 لثلاثة علماء قدموا مساهمات بارزة في البحث في مجال فيزياء الأتوثانية. ومن بين العديد من التقنيات الطيفية لقياسات الأتوثانية، تقدم تقنية الخطوط الزاوية للأتوثانية (المعروفة أيضًا باسم "الأتوثانية") وسيلة فريدة لاستكشاف العمليات الديناميكية الإلكترونية للأتوثانية بسبب خاصية الرجوع إلى الذات - يمكن تحقيق دقة زمن الأتوثانية باستخدام نبضات ليزر الفمتوثانية دون استخدام نبضات ضوئية من الأتوثانية. توفر "الأتوثانية" وسيلة فريدة لاستكشاف ديناميكيات العمليات الإلكترونية للأتوثانية بعمق. تم تطبيق تقنية "الأتوثانية" بنجاح في قياس زمن نفق الإلكترون في المجال القوي، وتأخير زمن تأين إلكترونين في التأين المزدوج المتسلسل، وما إلى ذلك. ومع ذلك، لا يمكن تطبيق تقنية "الأتوثانية" التقليدية بشكل مباشر على العمليات الفيزيائية الأكثر تعقيدًا مثل ارتباط الإلكترون بالإلكترون، وذلك بسبب النبضة الضوئية المستقطبة بيضاويًا المستخدمة. ارتباط الإلكترون بالعمليات الفيزيائية الأخرى الأكثر تعقيدًا.
من أجل التغلب على هذه المشكلة، اقترح فريق البحث التابع لـ Xiaojun Liu مخطط "الأتو ثانية" القائم على نبضات الليزر "بوابة الاستقطاب"، وطبقه بنجاح على الكشف في الوقت الحقيقي عن ديناميكيات ارتباط الإلكترون بالإلكترون في عمليات التأين الذري المزدوج في المجال القوي. الكشف في الوقت الحقيقي عن ديناميكيات ارتباط الإلكترون بالإلكترون في عمليات التأين الذري المزدوج في المجال القوي. استنادًا إلى نظام الليزر الفيمتوثانية المستقر في طور الناقل والمغلف الذي تم إنشاؤه وتطويره مسبقًا، نجح فريق البحث في تصنيع نبضات بصرية فائقة القصر "بوابة الاستقطاب" من خلال التحكم بدقة في تأخير الوقت وطور الناقل والمغلف لشعاعين من نبضات الليزر الفيمتوثانية المستقطبة دائريًا بالدوران إلى اليسار والدوران إلى اليمين، وتحقيق الاستقطاب الإهليلجي لنبضات الليزر بدقة زمنية في الأتو ثانية والتحكم الدقيق. يمكن التحكم بدقة في حالة الاستقطاب الإهليلجي لنبضات الليزر بدقة زمنية في الأتو ثانية. بالمقارنة مع النبضة الضوئية المستقطبة بيضاويًا واحدة المستخدمة بشكل شائع في تقنية الأتوثانية السابقة، فإن النبضة القصيرة جدًا "لبوابة الاستقطاب" لا يمكنها فقط تحضير حالة ارتباط الإلكترون بشكل فعال ودفع انبعاث ارتباط الإلكترون في منطقة الاستقطاب بالقرب من مركزها، ولكنها تحتفظ أيضًا بميزة أخذ عينات عالية الدقة لوقت انبعاث الإلكترون في خطوط زاوية الأتوثانية. استخدم فريق البحث مجالًا قويًا لذرة الأرجون لأخذ عينات من وقت انبعاث الإلكترون. وقد أثبت فريق البحث بنجاح تقنية "بوابة الاستقطاب الأتوثانية" من خلال دراسة فرق وقت انبعاث الإلكترون المترابط بين الحالات المثارة المزدوجة الناتجة عن عملية التأين المزدوج للمجال القوي لذرات الأرجون كمثال. وتُظهر الدراسة أن تأين إلكترونين مرتبطين في الحالة المثارة مرتين يتم بشكل أساسي من خلال قناتين مختلفتين، وتقيس تقنية "بوابة الاستقطاب في الثانية" بدقة فرق زمن التأين بين الإلكترونين المرتبطين المقابلين للقناتين المختلفتين، وهما 234 (±22) أرسيك و1043 (±73) أرسيك على التوالي.
