XFEL: Atom-Photon-Wechselwirkung mit extrem ultraviolettem Licht untersucht

Eine internationale Forschungsgruppe, an der auch der European XFEL beteiligt ist, hat zum ersten Mal ein als Rabi-Oszillation bekanntes Phänomen mit extrem ultraviolettem Licht beobachtet. Rabi-Oszillationen sind ein quantenmechanischer Prozess, der auftritt, wenn intensives Licht mit Materie wechselwirkt, und der viele Anwendungen in der Photonik und Nanoelektronik hat.

Während diese Oszillationen bereits bei längeren sichtbaren und infraroten Wellenlängen bekannt sind, haben die Forschenden ihre Entstehung nun zum ersten Mal direkt mit ultraviolettem Licht beobachtet. Das kürzlich in Nature veröffentlichte Experiment eröffnet einen neuen Weg, um diese quantenmechanischen Prozesse auch mit der Röntgenstrahlung des European XFEL zu untersuchen.

Unter Leitung von Dr. Saikat Nandi vom Institut Lumière Matière, CNRS in Lyon nutzten die Forschenden kurze, hochintensive Pulse des FERMI FELs in Triest zur Untersuchung von Heliumatomen. FERMI ist ein im Vergleich zum European XFEL kleinerer Freie-Elektronen-Laser, der Lichtpulse mit viel längeren Wellenlängen erzeugt. Die intensiven FEL-Pulse von FERMI induzierten Rabi-Oszillationen zwischen dem Grundzustand und einem angeregten Zustand des Heliumatoms, während die FEL-Pulse gleichzeitig zur Ionisierung der Atome verwendet wurden. Die Studie zeigt, dass es möglich ist, Materie auf sehr kleiner atomarer Skala mit Licht kurzer Wellenlängen zu kontrollieren und zu manipulieren.

„Diese Wechselwirkungen zwischen intensiven Lichtpulsen und Atomen werden schon seit Jahrzehnten in der Theorie beschrieben, und es ist ein ausgezeichnetes und spannendes Ergebnis aufzuzeigen, dass sie auch mit ultravioletter FEL-Strahlung angeregt und beobachtet werden können", sagt Dr. Michael Meyer, leitender Wissenschaftler an der SQS-Experimentierstation des European XFEL und Mitautor der neuen Arbeit.  "Wir können diesen Ansatz nun auf die hochenergetischen Röntgenpulse am European XFEL ausweiten und so bei noch kürzeren Wellenlängen Elektronen aus inneren Schalen beobachten, die stärker an ihre Atome gebunden sind und einer schnelleren Dynamik unterliegen als die im Experiment am."

Publikation:

S. Nandi, E. Olofsson, M. Bertolino, S. Carlström, F. Zapata, D. Busto, C. Callegari, M. Di Fraia, P. Eng-Johnsson, R. Feifel, G. Gallician, M. Gisselbrecht, S. Maclot, L. Neoričić, J. Peschel, O. Plekan, K. C. Prince, R. J. Squibb, S. Zhong, P. V. Demekhin, M. Meyer, C. Miron, L. Badano, M. B. Danailov, L. Giannessi, M. Manfredda, F. Sottocorona, M. Zangrando, J. M. Dahlström, “Observation of Rabi dynamics with a short-wavelength free-electron laser”, Nature 608, 488 – 493 (2022).

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Michael Meyer
Tel: +49-40-8998-5614
E-mail: michael.meyer@xfel.eu