Воронка в даному випадку — це не просто механічна аналогія. Група вчених з Південної Кореї, Німеччини та США дійсно побудувала порожнистий конус з срібла. Цей конус довжиною в кілька мікрометрів був заповнений ксеноном.
Рис. 1. Пластина з хвилеводом овального поперечного
перерізу та конічної форми у поздовжньому напрямку.
На виразках вгорі і внизу – вхідний і вихідний отвір,
праворуч – поздовжній розріз. Масштабна лінійка на
основному знімку – 50 мкм, на правому – 1 мкм (фотографії
In-Yong Park, Mark I. Stockman, Seung-Kim Woo et al./
Nature Photonics).
У ході досвіду з широкої сторони воронки в неї надходили імпульси інфрачервоного випромінювання. Електромагнітні сили від світлових хвиль виробляли в поверхневому шарі металу хвилі щільності електронів (поверхневі плазмонні поляритоны), які приймалися бігти до вузького кінця воронки, попутно концентруючись.
Посилені поляритоны, в свою чергу, формували всередині воронки дуже потужні поля, в кілька сотень разів сильніше, ніж поля в падаючому інфрачервоному світлі. В результаті від атомів ксенону відривалися електрони і знову поверталися до них, генеруючи при цьому потужні імпульси ультрафіолету.
Ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі до 20 нм виходило з вузького кінця воронки, який також служив перешкодою для інфрачервоних хвиль, адже діаметр вихідного отвору срібного конуса становив 100 нм, а довжина вихідного ІЧ-випромінювання – 800 нм.
Рис. 2. Схема роботи конуса. Зліва надходить інфрачервоний промінь (показано червоним кольором). Він збуджує у воронці поверхневі поляритоны, які концентруються лійкою і різко нарощують свою силу (червоно-жовті хвилі). Ці поляритоны впливають на атоми ксенону (зелений колір), генеруючі надкороткі імпульси ультрафіолету (фіолетовий колір). Останні залишають воронку з вузького кінця (ілюстрація Christian Hackenberger).
За інформацією PhysOrg.com на виході установки фізики отримали імпульси ультрафіолету тривалістю всього кілька фемтосекунд кожен (фемто – 10-15) з дуже високою частотою прямування — 75 мільйонів разів в секунду.
Автори експерименту припускають, що ці фемтосекундные спалаху насправді являють собою пакети імпульсів, що тривають аттосекунди (атто — 10-18).
Разом з високою частотою повторення це властивість генерованого лійкою випромінювання відкриває привабливі перспективи для фізичних досліджень. Вчені говорять, що
джерело світла з такими екстремальними параметрами нагоді при вивченні динаміки електронів в атомах і молекулах. Ультрафіолет в такому випадку зіграє роль субатомної фотоспалахи, що допомагає зупинити «невловима мить».
Результати досліджень опубліковані в статті:
In-Yong Park, Seungchul Kim, Joonhee Choi, Dong-Hyub Lee, Young-Jin Kim, Matthias F. Kling, Mark I. Stockman & Seung-Kim Woo Plasmonic generation of ultrashort extreme-ultraviolet light pulses. – Nature Photonics. – 2011. – doi:10.1038/nphoton.2011.258; Published online 16 October 2011.
