مطالعه چگونگی تعامل نور و ماده فقط یک کنجکاوی آکادمیک نیست. این یک تعامل حیاتی است که باعث پیشرفت در حوزه های مختلف فناوری می شود.
با این حال، بررسی برهمکنش‌های بین ذرات نور (فوتون‌ها) و اتم‌های یک ماده، چالش‌هایی را ایجاد می‌کند، زیرا این برهمکنش‌ها بسیار کوتاه مدت هستند و فقط برای چند آتوثانیه ( یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه ) دوام می‌آورند.
ینس بیگرت، فیزیکدان و استاد متخصص در فیزیک آتوثانیه و اپتیک فوق سریع، تاکید کرد که عملکرد یک ماده به برهمکنش ترکیبی اجزای تشکیل دهنده آن، یعنی الکترون ها و هسته ها بستگی دارد. درک دقیق رفتار آن‌ها در زمان واقعی یک چالش همیشگی بوده است، اما محققان اکنون با وضوح زمان آتوثانیه به این امر دست یافته‌اند.
گروه Attoscience و Ultrafast Optics در موسسه علوم فوتونیک در اسپانیا، به رهبری بیگرت، در دهه گذشته در حال توسعه طیف سنجی جذب اشعه ایکس آتوثانیه ای بوده است. این فناوری امکان مطالعه برهمکنش های نور-ماده را در مقیاس های زمانی بسیار کوچک فراهم می کند.
پرتو ایکس آتوثانیه ای
در مطالعه‌ای که اخیراً در Nature Communications منتشر شده است، محققان از پالس‌های پرتو ایکس آتوثانیه برای قرار دادن گرافیت در معرض تشعشعات مادون قرمز قدرتمند استفاده کردند. این مرحله جدیدی از ماده را نشان داد که در مقیاس آتوثانیه‌ای زمانی که الکترون‌ها با تابش شدید برهمکنش می‌کردند، پدیدار شد.
گرافیت به دلیل اشتراک و پویایی پیچیده در مقیاس های زمانی مختلف به عنوان یک مورد آزمایشی انتخاب شد. با اندازه گیری خواص امواج الکترومغناطیسی این ماده، محققان می توانند وضعیت الکترون های آن را تعیین کنند.
ترکیب نور و ماده
این مطالعه نشان داد که تغییر شدت نور مادون قرمز بر خواص الکترون تأثیر می گذارد و منجر به ورود این ماده به فاز منحصر به فردی به نام «هیبرید نور-ماده» می شود. در این فاز، الکترون‌ها مقاومت بسیار کمتری نسبت به حالت اولیه خود نشان دادند که شبیه رفتار ابررسانا بود.
پیامدهای این کشف به پیشرفت‌های بالقوه در ابررسانایی، الکترونیک، محاسبات کلاسیک و کوانتومی و انرژی گسترش می‌یابد. علاوه بر این، یافته‌ها می‌تواند بر توسعه سلول‌های خورشیدی و فن‌آوری‌های محاسباتی نوری تأثیر بگذارد و بینش جدیدی را در مورد سؤالات و کاربردهای اساسی در زمینه‌های مختلف ارائه دهد.
بیگرت تاکید کرد که این تحقیق تازه آغاز این کار است و آن را به عنوان یک مورد آزمایشی توصیف کرد. این تیم قصد دارد از روش خود برای بررسی سوالات اساسی و کاربردی در برداشت نور، الکترونیک فوق سریع، انتقال فاز و ابررسانایی استفاده کند.
