Nobelpris 2

År 1987 gjorde Anne L'Huillier en banbrytande upptäckt. Genom att skicka infrarött laserljus genom en ädelgas kunde hon se ett stort antal olika så kallade övertoner av ljus. Dessa uppstod genom att ljuset från lasern växelverkade med atomer i gasen, vilket gav vissa elektroner extra energi som de sedan avgav som ljus.

För experimentella metoder som genererar attosekundpulser av ljus för studier av elektrondynamik i materia”

          Motiveringen till 2023 års fysikpris

Första stegen mot en revolutionerande teknik

Vad som började som ren nyfikenhet och en vilja utforska fenomenet utvecklades snart till något som skulle förändra fysikens värld. Anne L'Huillier och andra forskare såg en möjlighet att dessa övertoner kunde vara extremt korta ljuspulser – attosekundpulser. Denna idé stod i kontrast till vad andra ansåg såg som möjligt på den tiden, nämligen att det inte skulle gå att skapa så extremt korta pulser. Trots detta drev hennes intuition henne framåt.

Att utveckla den teknik som krävdes för att mäta dessa extremt korta ljuspulser visade sig vara en stor utmaning. Det skulle dröja till 2001 innan Pierre Agostini och Ferenc Krausz, som gjorde experiment på var sitt håll, lyckades mäta ljuspulser på attosekundtidsskalan och bekräfta det som Anne L'Huillier upptäckte 1987.Upptäckten gjorde det omöjliga möjligt

Upptäckten gjorde det omöjliga möjligt

Med lasermetoden som skapar ultrakorta ljuspulser kan man numera studera fenomen som tidigare ansågs vara omöjliga att undersöka. Extremt snabba förlopp kan följas, särskilt de som gäller elektroner, vars förändringar ofta sker inom loppet av några tiotal attosekunder.  

Än så länge består forskningsfältet fortfarande mestadels av grundforskning, men framtiden bär med sig spännande möjligheter som skulle kunna användas inom allt från medicin och elektronik till energi och miljö.  

Anne L'Huillier vill till exempel bättre förstå vad som händer i början av en kemisk rektion. Om vi förstår sådana processer bättre, så kan vi inte bara mäta vad som händer utan kanske även kontrollera dem. Det är visionen.

Gjorde det omöjliga möjligt

Tekniken gör att vi kan studera fenomen som tidigare betraktades som omöjliga

Med tekniken kan man följa extremt snabba förlopp, särskilt de som gäller elektroner, vars förändringar ofta sker på tidskalor av några tiotal attosekunder. Elektroner är dessutom inte några partiklar i klassisk mening – de är mer som en våg – och där attosekundfysik handlar om att beskriva och karaktärisera dessa vågor.

Grundforskning med spännande framtidsutsikter

Idag består fältet fortfarande av grundforskning. Men framtiden bär med sig spännande möjligheter. Anne L'Huillier hoppas till exempel att forskare inom området inom en snar framtid ska kunna studera elektronrörelser i mer avancerade system, som till exempel komplexa molekyler.

Anne L'Huillier vill till exempel bättre förstå vad som händer i början av en kemisk rektion. Om vår förståelse av sådana processer blir bättre, så kan vi inte bara mäta vad som händer utan kanske även kontrollera dem. Det är visionen. Idag arbetar hon därför med ett företag för att utforska hur strålning kan användas för att avbilda väldigt små strukturer – en tillämpning med stor användningspotential inom halvledarindustrin.

Elektroner rör sig så otroligt snabbt att de länge ansågs vara omöjliga att observera. Trots svårigheten har många forskare på olika sätt försökt. Varför? Ren och skär nyfikenhet så klart, men också för att kunskapen kan omsättas till praktisk nytta.

Lär vi oss mer om naturens minsta byggstenar kan vi på sikt också kontrollera dem. Eftersom elektronerna styr alla materials egenskaper – elektronerna är ju atomens kontaktyta mot omvärlden – finns en användningspotential inom i princip alla områden där man på molekyl- och atomnivå vill påverka materialegenskaper.

Tänkbara användningsområden i framtiden

Kanske kan vi, tack vare lasermetoden som skapar attosekundpulserna, i framtiden bättre förstå fotosyntesen, hitta effektivare solcellsteknik eller bygga elektronik på molekylnivå. Exempelvis är Anne L’Huillier involverad i ett projekt som avbildar väldigt små strukturer i halvledare. 

Hon hoppas också kunna förstå vad som händer i början av en kemisk reaktion och förstå elektronrörelser i mer komplexa molekyler. 

Ett antal medicinska tillämpningar har också nämnts. Några spår jobbas på redan idag medan andra fortfarande är på idé- och drömstadiet.

Tillbaka till grundforskningen. ”Se” ett elektronmoln i realtid kan man i ärlighetens namn inte. Men tack vare attosekundpulserna kan de extremt snabbrörliga elektronerna numera trots allt studeras i och med att vissa av deras egenskaper kan avbildas.