Впервые зафиксирован процесс туннелирования электронов

Международной группе ученых под руководством проф. Ференца Крауза (Ferenc Krausz) из института Макса Планка впервые удалось наблюдать электроны в процессе туннелирования. С помощью ультракоротких лазерных импульсов, длительность которых составляла 250 аттосекунд (одна аттосекунда равняется 10^-18 с), исследователи зафиксировали дискретные стадии этого процесса.

В эксперименте использовались два типа лазерных импульсов – интенсивный импульс лазерного излучения видимого красного диапазона, состоящий всего из нескольких цугов волн, и аттосекундный импульс вакуумного ультрафиолетового излучения, очень точно синхронизированный с красным лазерным импульсом.

Под действием электрического поля лазерных импульсов один из электронов атома может проникать через потенциальный барьер, приводя к ионизации атома. Этот процесс может происходить только в очень короткий промежуток времени, составляющий доли фемтосекунды, когда напряженность поля имеет максимальное значение.

В атоме неона электроны находятся на расположенных вблизи ядра электронных оболочках, и силы, связывающие электроны с ядром, очень велики. Только под воздействием ультрафиолетового излучения электроны могут достигать периферии атома и освобождаться в результате процесса туннелирования.

Ученые облучали атомы вспышками ультрафиолетового излучения длительностью 250 аттосекунд, точно синхронизированными с импульсами красного лазерного излучения, и измеряли количество ионизированных атомов. Оказалось, что, как и предсказывала теория, наиболее эффективно электроны начинают покидать атомы, когда напряженность поля электромагнитной волны достигает максимума, этот промежуток времени составляет менее 400 аттосекунд, сообщается в пресс-релизе института Макса Планка.

По мнению ученых, результаты их эксперимента имеют не только фундаментальное, но и прикладное значение. На основе полученных данных, имея возможность управлять движением электрона в атоме, можно разработать компактные мощные источники рентгеновского излучения, которые в свою очередь найдут широкое применение в медицине.