ΝΩΘΡΑ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΑ
Για καιρό οι επιστήμονες υπέθεταν ότι κατά την αλληλεπίδραση του ορατού φωτός με ένα ηλεκτρόνιο
της ύλης το ηλεκτρόνιο αρχίζει ακαριαία να κινείται με την ταλάντωση του ηλεκτρικού πεδίου του φωτός.
Οι υπερταχείες αυτές κινήσεις πραγματοποιούνται με ρυθμό περίπου 10^15 φορές ανά δευτερόλεπτο.
Το συγκεκριμένο χαρακτηριστικό των ηλεκτρονίων αποτέλεσε πηγή έμπνευσης για μια νέα εποχή επιστημονικής
εξερεύνησης, η οποία θα μπορούσε να επηρεάσει την επιστήμη της Ηλεκτρονικής του μέλλοντος:
τα ηλεκτρικά πεδία που παράγονται από συμβατικές ηλεκτρικές πηγές (π.χ. μπαταρίες)
θα μπορούσαν να αντικατασταθούν από το ηλεκτρικό πεδίο του φωτός.
Ενδεχόμενο αποτέλεσμα αυτού είναι η αύξηση της ταχύτητας των ηλεκτρονικών κυκλωμάτων
και κατ’ επέκταση της επεξεργασίας δεδομένων κατά σχεδόν 100.000 φορές
συγκριτικά με τις σημερινές δυνατότητες.
Όμως τα ηλεκτρόνια της ύλης αποκρίνονται όντως ακαριαία στο ηλεκτρικό πεδίο του φωτός
ή μεσολαβεί κάποιο χρονικό διάστημα;
Σύμφωνα με την Κβαντική Μηχανική ακόμα και αυτά τα εξαιρετικά μικρά και ελαφριά σωματίδια του μικρόκοσμου
όταν βρίσκονται παγιδευμένα μέσα σε άτομα, μόρια ή στερεά, τεμπελιάζουν και δεν αποκρίνονται στιγμιαία στο
πεδίο του φωτός.
Αντ’ αυτού, χρειάζονται ένα μικρό χρόνο αντίδρασης της τάξης των μερικών δεκάδων αττοδευτερολέπτων,
όπου ένα αττοδευτερόλεπτο είναι ένα δισεκατομμυριοστό του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου.
Για να μελετηθεί η νωθρή αυτή συμπεριφορά των ηλεκτρονίων, είναι απαραίτητο να αλληλεπιδράσουν
με μια φωτεινή λάμψη εξαιρετικά μικρής χρονικής διάρκειας.
Τώρα, επιστήμονες από την ερευνητική ομάδα «Αττοηλεκτρονικής» του Ινστιτούτου Max Planck
Κβαντικής Φυσικής κατάφεραν να δημιουργήσουν ορατούς παλμούς φωτός διάρκειας μόλις
350 αττοδευτερολέπτων.
Για να παραχθούν αυτοί οι εξαιρετικά βραχείς οπτικοί παλμοί, ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης και οι συνεργάτες του
ανέπτυξαν μια εξελιγμένη συσκευή που ονομάζεται συνθεσάιζερ πεδίων φωτός.
Μέσω αυτής έχουν τη δυνατότητα να αναλύσουν το φως που παράγεται από ένα λέιζερ στις χρωματικές ζώνες
του υπέρυθρου, του ορατού και του υπεριώδους φάσματος και,
αφού ρυθμίσουν τις ιδιότητες κάθε μίας ξεχωριστά, εν συνεχεία να τις επανασυνθέσουν.
Με τον τρόπο αυτό, οι παλμοί του λέιζερ καθίσταται δυνατό να συμπτυχθούν στο μισό της
μιας ταλάντωσης του φωτός.
Η συσκευή αυτή άνοιξε το δρόμο στους επιστήμονες να επιτύχουν,
έναν άνευ προηγουμένου, ακριβή έλεγχο των ιδιοτήτων του φωτός.
Ελευθέριος Γουλιελμάκης,
Επικεφαλής της ομάδας "Αττοηλεκτρονικής"
«Μέσω αυτής της τεχνολογίας, είμαστε πεπεισμένοι πως μπορούμε να ασκήσουμε ακριβείς δυνάμεις στα
ηλεκτρόνια της ύλης και να εξερευνήσουμε τις δυναμικές τους ιδιότητες
με τέτοια πιστότητα που μέχρι και σήμερα δεν ήταν δυνατή»
Προκειμένου να μελετήσουν τον χρόνο απόκρισης των ηλεκτρονίων σε αυτούς τους εξαιρετικά βραχείς παλμούς
βομβάρδισαν άτομα Κρυπτού με οπτικούς παλμούς διάρκειας αττοδευτερολέπτων,
θέτοντας έτσι τα ηλεκτρόνιά τους σε κίνηση.
Τα ηλεκτρόνια αυτά απεικονίζονται εδώ ως ένα πράσινο νέφος γύρω από τον πυρήνα του ατόμου.
Κατόπιν, οι φυσικοί μέτρησαν την εκπεμπόμενη υπεριώδη ακτινοβολία που παρήγαγαν τα κινούμενα
ηλεκτρόνια στο κενό.
Το πείραμα επαναλήφθηκε πολλές φορές, με τον οπτικό παλμό να ασκεί κάθε φορά μια ελάχιστα διαφορετική
αλλά απολύτως γνωστή δύναμη στα ηλεκτρόνια του Κρυπτού.
Με βάση τις μετρήσεις τους κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα ηλεκτρόνια χρειάζονται περίπου
100 αττοδευτερόλεπτα μέχρις ότου αποκριθούν στις δυνάμεις του φωτός.
Τα νέα αυτά ευρήματα αποτελούν την πρώτη μέτρηση του χρόνου αντίδρασης των ηλεκτρονίων σε
ατομική κλίμακα, με τα αποτελέσματα να δημοσιεύονται τώρα στο επιστημονικό περιοδικό Nature.
Στο μέλλον, οι επιστήμονες σχεδιάζουν να επεκτείνουν την εφαρμογή τους στον έλεγχο των ηλεκτρονίων
των στερεών και να μελετήσουν σημαντικές φυσικές διαδικασίες, όπως για παράδειγμα τον τρόπο
με τον οποίο τα ηλεκτρόνια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους σε πολύπλοκα συστήματα, καθώς επίσης
το πόσο γρήγορα μπορούμε να ενεργοποιούμε και να απενεργοποιούμε ηλεκτρικά ρεύματα σε στερεά.
Οι μελέτες αυτές αναμένεται να διευρύνουν τους επιστημονικούς ορίζοντες της
Ηλεκτρονικής και Φωτονικής του μέλλοντος.
