”Skapande av attosekundpulser via övertonsgenerering i gas, och pulsernas tillämpningar”. Wallenberg Scholar Anne L’Huillier beklagar själv att hennes forskningsfält har ett så tråkigt namn. Men själv kan hon knappast tänka sig något mer spännande.

– Jag har haft tur. Hela mitt liv har jag varit väldigt koncentrerad i min forskning – jag började inom forskningsfältet atomer i starka laserfält, som senare skulle leda till upptäckten av attosekundpulser. För trettio år sedan var det ett extremt litet område. Jag har haft privilegiet att se allting från början, hur idéer kom fram, de viktiga stegen… De senaste åren har det verkligen exploderat och det är fortfarande otroligt roligt.

Attosekundpulser, små blixtar av laser, är de kortaste ljuspulser människan har lyckats åstadkomma. En attosekund utgör en lika stor del av en sekund som själva sekunden gör av hela universums livstid. Med hjälp av pulserna kan forskare bland annat starta processer som fotojonisation, när ljuspartiklar (fotoner) slår loss elektroner från en atom, och ”filma” otroligt snabba förlopp, exempelvis elektroners förflyttning.

– Här i Lund går vi fram och tillbaka mellan arbete med tillämpningarna och med pulskällorna. Vi har tre lasersystem som vi använder för att skapa attosekundpulser för olika tillämpningar, berättar Anne L’Huillier.

Attosekundpulserna uppstår när intensivt laserljus skickas genom en gas av atomer och ljuset växelverkar med atomerna. Pulserna får olika egenskaper, till exempel energi eller repetitionshastighet, beroende på vilken typ av laser som används. Tidigare arbetade Anne L’Huillier mest med att förstå fenomenet och att utveckla pulskällorna. De senaste femton åren har hennes fokus förflyttats mot tillämpningarna, men det händer att hon och hennes kollegor gör forskningsstudier kring själva pulskällorna för att förbättra dem och göra fler tillämpningar möjliga.

Tre källor med olika kapacitet

I labbet Attolab finns det som Anne kallar för ”standardkällan”. Den skapar tre tusen pulser per sekund. Med dem kan forskarna mäta tiden för så kallad fotojonisation, vilket Anne L’Huillier gör inom ramen för ett annat forskningsprojekt med stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Den andra källan är en så kallad intensiv attosekundpulskälla. Här produceras bara tio pulser per sekund, men extremt kraftfulla. Med dem kan forskarna skapa så kallade icke-linjära fenomen, vilket innebär till exempel att en partikel förvandlas till jon genom att ta upp två eller flera fotoner på en gång.

– För att det fenomenet ska uppstå krävs stor styrka hos de enskilda pulserna, och det är ganska svårt att åstadkomma. Det har visat sig mycket mer utmanande än man trodde och blivit ett slags helig gral för vårt fält. Ingen har lyckats fullt ut än, men min kollega Per Johnsson och jag är väldigt envisa forskare…

Den tredje attosekundpulskällan i Lund använder ett lasersystem med namnet OPCPA. Den är Anne L’Huillier mycket stolt över säger hon, och det var den hon kunde finansiera med sitt anslag när hon först utsågs till Wallenberg Scholar. Pulserna från den källan blir mindre energirika, men är å andra sidan oerhört många: 200 000 per sekund. Det gör det möjligt för forskarna att studera bland annat snabba fenomen på ytor och i nanostrukturer.

En dröm som blev verklighet

Anne L’Huilliers forskning handlar om att utveckla de tre källorna och deras tillämpningar. Inte minst källan som utnyttjar OPCPA-systemet kräver mycket arbete. Lasern köptes som prototyp och har vidareutvecklats i Lund av Anne tillsammans med kollegan Cord Arnold och flera doktorander och postdoktorander.

– Den metod vi använder för att skapa pulserna, högövertonsgenerering, upptäcktes 1988. Att fenomenet ledde till attosekundpulser visades experimentellt 2001. Då kan man ju lätt tro att det är ett välkänt område där det inte finns så mycket att lära – men så är inte fallet. Det är väldigt rik fysik i det här fenomenet och vi forskar fortfarande om själva processen. Dessutom pushas vi framåt av dem som vill utnyttja strålningen för tillämpningar, exempelvis i samarbeten med näringslivet. Det är väldigt spännande!

”Anslagen jag har fått som Wallenberg Scholar bidrar till arbetet med det intensiva strålröret, och finansierade dessutom OPCPA-systemet som jag är extremt stolt över. Det ger små pulser många gånger per sekund, vilket öppnar för helt nya tillämpningar.”

I framtiden hoppas Anne L’Huillier kunna använda attosekundpulserna till att studera kvantfysikaliska fenomen. Pulserna ger en unik möjlighet att se hur fort olika reaktioner sker och i vilken ordning. 

– Det var den typ av fysik som jag ville göra när jag en gång bestämde mig för att doktorera inom atomfysik. Tyvärr hade vi på den tiden inte tillräcklig kontroll över växelverkan mellan materia och intensiva lasrar för att få en djupare förståelse för de fenomen som uppstod. Tack vare otroliga framgångar inom både fysik och teknologi under många år kan vi i dag studera detta på ett helt annat sätt. Det jag drömde om när jag var tjugofem kan jag få göra nu när jag är sextio.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström