تولید پرتوهای فرابنفش با پالس های کوتاه با استفاده از پلاسمون

تولید پرتوهای فرابنفش با پالس های كوتاه با استفاده از پلاسمون

 
برای مطالعه پدیده‌های فیزیكی بنیادین نظیر چگونگی حركت الكترون در اتم‌ها، مولكول‌ها و جامدات، پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه (EUV) می‌تواند بسیار مفید باشد. اخیرا محققان طول موج فلزی سه بعدی یا نانوكانالی را ارائه كرده‌اند كه می‌تواند این پالس‌ها را ایجاد كند.

 
برای مطالعه پدیده‌های فیزیكی بنیادین نظیر چگونگی حركت الكترون در اتم‌ها، مولكول‌ها و جامدات، پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه (EUV) می‌تواند بسیار مفید باشد. اخیرا محققان طول موج فلزی سه بعدی یا نانوكانالی را ارائه كرده‌اند كه می‌تواند این پالس‌ها را ایجاد كند.
پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه (EUV) دارای طول موجی بین 5 تا 50 نانومتر هستند كه 10 تا 100 برابر از نور مرئی كوتاه‌تر است. بنابراین با استفاده از روش‌های رایج نمی‌توان این پرتوها را ایجاد كرد و تنها با تقویت امواج ایجاد شده توسط نوسان‌گر می‌توان آنها را به‌دست آورد. الكترون‌های آزاد در این فرآیند شتاب داده شده و انرژی مازاد آنها در پالس‌هایی كوتاه در حد آتوثانیه (10–18s) آزاد می‌شود. فرآیندی كه كوتاه‌ترین طول‌موج‌های نور فیلتر شده و پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه را ایجاد می‌كند، بسیار پیچیده است. 
 
 

 
محققان مركز علوم و فناوری پیشرفته كره (LAIST)، موسسه ماكس پلانك آلمان و دانشگاه ایالتی جرجیا با استفاده از ایده‌ای این مشكل را حل كردند. آنها پالس‌های نور فمتوثانیه(10–15s) كه در محدوده مادون قرمز هستند را به پالس‌های نوری فمتوثانیه در محدوده فرابنفش تبدیل كردند. این پالس‌ها فركانس 75 مگاهرتزی را ایجاد نمودند. برای این كار از پدیده "پلاریزاسیون پلاسمون سطحی" استفاده شد.
نانوكانالی كه این گروه تحقیقاتی ایجاد كرده موجب می‌شود تا نور مادون قرمز ورودی متمركز شده، به طوری كه طول موج آن از نور ورودی كوتاه‌تر شود. این نانوكانال از جنس نقره بوده به شكلی كه حفره میانی آن به‌صورت قیف شكل است. طول این ساختار چند میكرون و درون آن از گاز زنون پر می‌شود. نوك این كانال تقریبا 100 نانومتر است.
محققان پالس مادون قرمز را با نرخ 75 مگاهرتز به‌درون كانال می‌فرستند كه دیواره آن دارای بار مثبت و منفی است. چیدمان این بارها به شكلی است كه منجر به نوسانات امواج الكترومغناطیس و تشكیل پلاریزاسیون پلاسمون سطحی می‌شود. این ذرات به‌سمت نوك رفته و در آنجا به دلیل شكل مخروطی نوك، میدان آنها متمركز می‌شود. این میدان كه روی سطح داخلی تونل قرار دارد چند صد برابر قوی‌تر از میدان نور مادون قرمز تابیده شده است. افزایش میدان، منجر به تولید پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه در گاز زنون می‌شود.
سونگ وو كیم، رهبر این تیم تحقیقاتی، می‌گوید از آنجایی كه طول موج این پرتوها و همچنین زمان پالس آنها بسیار كوتاه است، از پرتوهای فرابنفش با پالس‌های كوتاه می‌توان به‌عنوان ابزاری برای بررسی دینامیك الكترون‌ در اتم‌ها استفاده كرد. نتایج این تحقیق در نشریه Nature Photonics به چاپ رسیده است.