Udoskonalą obrazowanie, radioterapię i elektronikę?

Grupa fizyków i chemików z Laboratorium Fizyki Attosekundowej w Instytucie Optyki Kwantowej im. Maksa Plancka, monachijskiego Uniwersytetu Ludwiga-Maksymiliana, Uniwersytetu w Rostocku i Freie Universitat Berlin, zbadała interakcję nanocząsteczek szkła z impulsami laserowymi. Okazało się, że interakcja w czasie liczonym w attosekundach (10^-18 sekundy) jest różna w zależności od liczby atomów w nanocząsteczce. Impuls powoduje powstanie pola elektromagnetycznego bliskiego z kontrolowanym kierunkiem emisji elektronów. Odkrywcy zjawiska mówią, że ich prace mogą w przyszłości przyczynić się do udoskonalenia terapii przeciwnowotworowej oraz technik obrazowania medycznego.

Silne impulsy elektromagnetyczne wywierają duży wpływ na nanocząsteczki. Gdy tylko do atomów dociera impuls, ich elektrony zaczynają oscylować. Powstaje pole bliskie o szerokości liczonej w nanometrach, a oscylacje mają własne charakterystyki zależne od długości fali światła, które je wzbudziło.

Niemieccy naukowcy eksperymentowali z krzemionkowymi sferami o średnicy od 50 do 550 nanometrów. Oświetlali je silnymi impulsami laserowymi, które trwały około czterech femtosekund (10^-15). Gdy tylko impuls docierał do sfer, pojawiało się pole bliskie, które zaczynało pulsować. Im większa była sfera w stosunku do długości fali światła (720 nm), bym silniejsze było pole bliskie i tym mocniej wyrzucane były elektrony. "Energia i kierunek emitowanych elektronów są silnie powiązane z przestrzenną i czasową strukturą pola bliskiego. Emisja elektronów to jak gra w pingponga na powierzchni nanosfer. Można ją kontrolować z dokładnością liczoną w attosekundach" - mówi profesor Thomas Fennel. Najpierw elektrony opuszczają sfery, ale później są przyciągane do ich powierzchni. Po odbiciu się od niej zostają przyspieszone przez pole bliskie i uwalniają się od nanocząsteczek - dodaje profesor Matthias King.

Naukowcy mówią, że dzięki kontrolowanej emisji elektronów w przyszłości można będzie udoskonalić obrazowanie medyczne. Twierdzą też, że wykorzystując silniejsze impulsy laserowa można by wywołać emisję jonów i opracować nową technikę radioterapii. Nie wykluczają również, że połączenie silnych impulsów laserowych i nanocząsteczek może stać się podstawą do budowy elektroniki przyszłości. Tak zwana elektronika fali świetlnej może być zdolna do przeprowadzania obliczeń z częstotliwością fali światła, która wynosi 10¹⁵, czyli jest 100 000 razy szybsza niż obecnie wykorzystywane częstotliwości.

światło pole bliskie elektron laser