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研究人員現在能夠塑造阿秒脈沖的電場。圖片：Jürgen Oschwald和Carlo Callegari

化學反應是通過其各自的電子結構和動力學基本水平上確定的。在光照射等刺激的作用下，電子在液體或固體中重新排列。此過程僅需要幾百個阿秒。電子對外部電場敏感，因此研究人員可以通過用光脈沖照射電子來輕松地控制它們。一旦他們在時間上塑造了阿秒脈沖的電場，研究人員就可以實時控制電子動力學。弗萊堡大學物理研究所的朱塞佩·桑松教授（Giuseppe Sansone）領導的研究小組在《自然》雜志上展示了他們如何完全塑形一個阿秒脈沖的波形。

阿秒（attosecond）1阿秒 = 10秒 = 0.000000000000000001秒

桑松解釋說：“這些脈沖使我們能夠研究分子或晶體中電子響應的第一時刻。具有塑造電場的能力，使我們能夠控制電子運動 - 長期目標是優化電子運動的基本過程，例如光合作用或材料中的電荷分離。”

該小組由來自美國、俄羅斯、德國、意大利、奧地利、斯洛文尼亞、匈牙利、日本和瑞典的研究機構的理論家和實驗物理學家組成，在意大利的里雅斯特的自由電子激光（FEL）FERMI上進行了實驗。該激光器是唯一具有這種獨特能力的激光器，它可以在具有完全可控相對相位的極紫外光譜范圍內合成具有不同波長的輻射。

阿秒脈沖由短時間激光諧波重疊造成。科學家使用FERMI提供的振蕩器產生了一組四個基本波長的激光諧波。這些設備，可操縱相對論電子束的運動，從而產生紫外線。該實驗的主要挑戰之一是這些相對相的測量，其特征是通過結合阿秒脈沖和紅外場來獲取從氖原子釋放的光電子。這導致電子光譜中出現其他結構，通常稱為邊帶。科學家們測量了每次激光發射產生的不同邊帶之間的相關性。最終，這使他們能夠充分表征阿秒脈沖序列。

桑松說：“我們的結果不僅表明FEL可以產生阿秒級脈沖，而且由于采用了用于生成波形的方法，因此這些脈沖是完全可控的，并且具有很高的峰值強度。這兩個方面代表了我們方法的關鍵優勢。結果將影響新型自由電子激光器的規劃和設計。”