Intervju med Nobelpristagaren Anne L'Huillier, upptäcker hennes vision av Attosecond Laser Pulse

Nobelpriset i fysik 2023 tilldelades Anne L'Huillier och hennes två kollegor Pierre Agostini och Ferenc Krausz, och nyligen tilldelade Berthold Leibinger Stiftung kärnfysikern Berthold Leibinger Future Prize. Leibinger Future Award. I en exklusiv intervju berättar Anne L'Huillier, som precis har belönats med Nobelpriset i fysik, om forskningen kring attosekundlaserpulser.
F: Prof. L'Huillier, om du var på en grillfest och någon frågade dig vad du sysslar med, vad skulle du säga?
L＇Huillier: Normalt skulle jag säga att jag huvudsakligen arbetar med laserfysik och atomfysik. Vårt team kan belysa med mycket, mycket korta pulser av laserljus, vilket gör det möjligt att fotografera vissa processer som rör sig mycket snabbt, till exempel de som involverar förflyttning av elektroner. Du kan se det som vad blixten på en vanlig kamera gör.
F: När du säger "mycket, väldigt kort" menar du ......?
L＇Huillier: Bara några få attosekunder långa laserpulser.
F: Kan du kort beskriva en attosecond?
L＇Huillier: Det är faktiskt väldigt svårt att beskriva. Jag tror att det kan vara lättare att förstå en analogi: 1 attoseund är till 1 sekund vad 1 sekund är för universums totala ålder (14 miljarder år). Men jag är inte så säker på att den här beskrivningen verkligen hjälper dig att förstå attosekunden.
F: Tja, det kan hjälpa lite.
L＇Huillier: Vi kommer alltid att ha den vanliga känslan att en attosekunde inte kan uppfattas i termer av tid som människor kan förstå. Lyckligtvis kan vi dock verifiera det med hjälp av matematiska och vetenskapliga teorier om abstraktion såväl som experiment, och från detta vet vi att 1 attosecond=10-18 sekunder. Dessutom är en mer intressant fråga än att tänka på längden på en attosekunde varför vi vill ha en så liten tidsskala.
F: Så varför behöver vi pulser av attosekundslängd?
L＇Huillier: Eftersom vissa processer i naturen är så snabba att vi bara kan mäta dem med hjälp av attosekundsljuspulser, av vilka den viktigaste är elektronernas rörelse. Ju snabbare blixten, dvs ju kortare ljuspulsen, desto närmare kan vi observera processen. Numera fokuserar min forskargrupp fortfarande på att fotografera enkla processer i och runt atomer, eftersom detta är lättare att åstadkomma. Men om vi kan göra ytterligare framsteg på detta område kommer vi att kunna observera elektronernas rörelse i mer komplexa system, såsom i molekyler. Elektronrörelser orsakar kemiska reaktioner. En dag kommer vi att kunna mäta dessa initiala rörelser.
F: Och vad då?
L＇Huillier: Mätning är det första steget mot kontroll. Så i det långa loppet är vårt största mål att kunna kontrollera kemiska reaktioner på elektronnivå.
F: Kontrollera det och använda det till vad?
L'Huillier: Det är svårt för mig att förutse var den kommer att användas eller vad den kommer att förändras i framtiden, men det är grundforskning.
Prof. Anne L'Huilliers forskargrupp i Lund, Sverige, använder femtosekundlasrar för att generera pulser av högharmoniskt ljus. Dessa pulser används sedan för att generera attosekundlaserpulser för att visualisera atomära processer
F: I ett experiment 1987 upptäckte du de höga övertoner som är en förutsättning för att generera attosekundpulser.
L＇Huillier: Ja, det var en härlig slump. Det är det bästa när du upptäcker något som överraskar dig! Det betyder att något väntar på att du ska fixa det. Det vi egentligen ville göra på den tiden var att bombardera ädelgaser med en stark laser och studera fluorescenseffekten. Det visade sig att det starkaste ljuset som observerades i processen inte var fluorescens, utan en hög överton av laserfrekvensen, en upptäckt som förändrade min vetenskapliga karriär. Med genereringen av höga övertoner var det möjligt att generera attosekundspulser. Det är vad jag fortfarande gör nu.
F: Är det möjligt att bilda åtminstone en mental bild av hög harmonisk generering?
L＇Huillier: Ja! Jag har en bättre jämförelse än attosekunden och universums ålder. Om du för en pilbåge genom strängarna på en violin får du inte bara rena toner (rena tonfrekvenser) utan även andra frekvenser. I musik kallas dessa frekvenser övertoner, och de ger tonfärg; övertoner kallas också övertoner. En liknande sak händer när man under vissa förhållanden utsätter en gas för en femtosekundlaserpuls, vilket skapar nya laserfrekvenser med kortare våglängder. Man kan säga att de högre övertonerna är laserfysikens övertoner.
F: Vad kan en högharmonisk ljuspuls göra?
L＇Huillier: Du kan använda dem för att generera attosekundspulser, men de är också användbara i sig. Vi arbetar för närvarande med en tillverkare av litografi- och mätutrustning för halvledarindustrin för att använda höga övertoner för att inspektera halvledarmikrostrukturer. Det här är ett mycket påtagligt projekt för någon som jag som gör grundforskning. Jag är förvånad och glad över att vårt arbete är användbart för samhället.
Prof. Anne L＇Huillier hjälpte till att etablera fysiken för attosekundslasrar. Detta arbete kan snart lysa upp elektronikens värld.
F: Har din forskning också bidragit till utvecklingen av laserteknik?
L＇Huillier: Visst, vårt arbete inom attosecond-fysik har fortsatt att inspirera lasertillverkare att utveckla nya och bättre ultrakorta pulslasrar under de senaste decennierna. Naturligtvis har vi också nytta av bättre strålkällor. Ju bättre den initiala laserkällan är, desto bättre desto högre övertoner kommer att kunna producera attosekundspulser. För oss leder detta till ytterligare tekniska framsteg, såsom nya diagnostik- och mätmetoder inom USP-laserteknologin – vi fortsätter med andra ord att inspirera varandra. Men utöver dessa trevliga biverkningar finns det något annat i mitt arbete som är väldigt viktigt för mig.
F: Vad mer är mycket viktigt för dig?
L＇Huillier: Jag är forskare, men jag är också lärare. Det betyder att jag får lära ett gäng duktiga unga människor och se dem växa och berika sin erfarenhet, vilket jag tror är mitt största bidrag.
Anne L'Huilliers profil
Anne L'Huillier, född i Paris 1958, är en fransk fysiker och för närvarande professor i atomfysik vid Lunds universitet. Hon var en av nyckelpersonerna i att etablera forskningsfältet attosekundsfysik och har mottagit ett flertal utmärkelser. Tidigare i år fick hon Berthold Leibinger Future Prize för sina forskningsprestationer och bara några dagar senare tilldelades hon 2023 års Nobelpris i fysik tillsammans med Pierre Agostini och Ferenc Krausz.