Elektroniğin geleceği kuşkusuz elektron akışının optik kontrolünde yatıyor. Bu gerçekleştiğinde veri işleme süreçleri görünür ışığın salınım hızına eşit frekanslarda olabilecek. Bu da şu anki tekniklerden 100.000 kat kadar daha hızlı olması demektir. Dolayısıyla lazer teknolojisindeki gelişmeler büyük önem taşıyor.

Atto-sanyte Fiziği Laboratuvarı (LAP), LMU Munich ve Max Planck Enstitüsü (MPQ) fizikçilerinin ortak çalışması olarak Nature Communications dergisinde yeni yayımlanan bir makalede, optoelektronik çağına biraz daha yaklaştığımızı gösteren sonuçlar sunuldu. Lazer ışığın aşırı kısa ve yüksek yoğunluklu atımları yardımıyla, bilimciler atom çekirdeği ile sınırlanmış alanın dışındaki parçacık hareketlerinin kontrolünde ve gözleminde ilerleme sağlamış oldu.

İnce disk lazerler

Araştırma laboratuvarlarında kullanılan lazerlerin çoğu "Titanyum:Safir (Ti:Sa)" kristallerinden yapılır. Bu tip aygıtlar 20 yıldan uzun süredir ultra-kısa ışık atımlarının üretiminde baskın araç olmuştur. Ancak bu durum çok yakında değişecek gibi görünüyor. Tüm belirtiler, ince disk lazer sistemlerinin eski tiplerin yerini alacağına işaret ediyor. LAP fizikçilerinin yeni önerisi "İterbiyum:İtriyum-Alüminyum-Garnet (Yb:YAG)" disk lazer. Aygıt, 2,2 dalga periyoduna karşılık gelen 7,7 femto-saniyelik atımlar üretiyor. Ortalama atım gücü 6 Watt ve her bir atım 0,15 mikrojoule enerji taşıyor. Bu da ticari "Titanyum:Safir" lazerlerle çıkılabilen mertebenin 1,5 katı oluyor.

Fizikçiler şimdiden yayımlanan atımların dalga biçimini oldukça iyi bir keskinlikte kontrol edebiliyor. Ancak yeni sistem kapasiteyi bunun da ötesine taşıyacak. Işık dalgalarının elektromanyetik alanının geçici biçiminin mükemmel kontrolü, yoğun maddelerde ve tek atomlarda elektron akışını değiştirmek için, dolayısıyla optoelektronik kullanım için mutlaka başarılması gereken bir basamak.

Atto-saniyelik lazer atımları

İkinci olarak, atım uzunluğunun birkaç femtosaniye ile sınırlı kalması gerekiyor. LAP ekibinin daha önce yaptığı deneyler, özel olarak şekillendirilmiş elektromanyetik dalga paketleri (faz kontrollü lazer atımları) kullanarak elektrik akımını açıp kapamanın mümkün olduğunu net olarak göstermişti. Ulaşılan en yüksek açıp kapama oranı ise saniyede birkaç bin mertebesinde kalmıştı. Bu limit şimdi epey aşılmış oldu.

Yeni lazer saniyede on milyonlarca yüksek güçte atım üretme yeteneğine sahip. Dahası, ultra hızlı fiziksel süreçlerin incelenmesinde yeni bir çağın başlangıcını müjdeliyor. Moleküllerdeki ve atomlardaki elektron hareketleri atto-saniyelik (1 atto-saniye = 10^-18 saniye) zaman ölçeğinde gerçekleşir. Atto-saniyelik lazer atımları üretebilmek, elektron hareketlerinin etkin biçimde bir nevi fotoğraflarının çekilmesine imkan tanıyacaktır. Dolayısıyla yeni lazerin piyasa çıkmasıyla beraber, atomik fotoğrafçılıkta da yeni bir sayfa açılmış olacaktır.

Bu yeni nesil lazerler doğal görüngülerin altında yatan temel süreçlerin araştırılmasında da önemli rol oynayacağa benziyor. Aygıt kısa süre sonra yüksek enerjili (60 nanometre dalgaboylu morötesi) ışık atımları üretecek ve bu atımlar helyum atomlarını uyarmaya yetecek enerjide olacak. Böylece 2005 yılında Theodor Hänsch'a Nobel Fizik Ödülü kazandıran frekans tarama (İng. frequency-comb) tekniği ile doğa sabitlerinin son derece yüksek bir doğrulukla belirlenmesini sağlayacak.

---

Araştırma Referans: "High-power multi-megahertz source of waveform-stabilised few-cycle light." Nature Communications, 5 May 2015; DOI: 10.1038/ncomms7988

Kaynak: Phys.org "New laser-light source could lead to significant advances in research on fundamental physics" <http://phys.org/news/2015-05-laser-light-source-significant-advances-fundamental.html>

---