Une équipe dirigée par des scientifiques du Laboratoire national d'accélérateur SLAC du ministère de l'Énergie a généré un type de faisceau lumineux hautement exotique, appelé faisceau Poincaré, en utilisant la facilité de laser Fermi Free-Electron (FEL) en Italie, marquant la première fois qu'un tel faisceau a été produit avec un FEL.
La technique pourrait améliorer la façon dont les scientifiques étudient les matériaux et stimulent les progrès des technologies de haute performance, telles que les puces informatiques de nouvelle génération. Les résultats sont publiés dans Photonique de la nature.
« Il s'agit d'un pas en avant significatif », a déclaré Erik Hemsing, scientifique et collaborateur du SLAC. « Les faisceaux de Poincaré nous permettent de sonder les matériaux de nouvelles façons, capturant des comportements complexes en une seule impulsion. C'est excitant de réfléchir à ce que les chercheurs feront avec cela. »
Les faisceaux de Poincaré combinent plusieurs polarisations lumineuses – des directions différentes dans lesquelles les ondes lumineuses vibrent – dans une seule impulsion qui forme des motifs complexes. Cela permet aux scientifiques d'étudier des matériaux avec un flash rapide au lieu de plusieurs analyses, d'économiser du temps et de capturer des changements rapides dans les matériaux lorsqu'ils se produisent.
L'équipe y a réalisé en utilisant deux sections distinctes d'aimants spéciaux appelés undulateurs, qui se déplacent des électrons afin qu'ils produisent de la lumière. Cela a généré deux faisceaux lumineux séparés, chacun avec son propre motif d'onde et sa polarisation. En les chevauchant soigneusement, les chercheurs ont créé un seul faisceau avec différents modèles de polarisation à travers sa surface.
Le résultat est un faisceau stable dont la distribution des polarisations reste inchangée lors de son voyage. En ajustant la synchronisation entre les deux faisceaux lumineux des composants, ils ont provoqué la tournure de la polarisation du faisceau à travers sa surface selon un motif en spirale. Ils pourraient ensuite étudier ce modèle et cartographier où chaque type de polarisation est apparu dans le faisceau.
Le concept est né il y a des années avec la scientifique du SLAC Jenny Morgan lors de son doctorat. Travail et a été testé à Fermi, où l'équipe avait la flexibilité d'expérimenter librement avec une lumière ultraviolette extrême (EUV).
« C'est excitant de manipuler des modèles de polarisation complexes à de courtes longueurs d'onde », a déclaré Morgan. « La lumière EUV peut être plus difficile à adapter que la lumière visible, et à ces longueurs d'onde, elle ouvre de nouvelles possibilités pour les expériences. »
Bien que l'expérience ait été menée dans la gamme EUV, la percée ouvre la porte à la génération de ces faisceaux à des longueurs d'onde aux rayons X dans les futures expériences de la source de lumière cohérente Linac de SLAC (LCLS) à rayons X Free-Electron laser, où les énergies de photon supérieures peuvent révéler des détails encore plus fins du comportement atomique et moléculaire.
« Nous prévoyons d'installer une ondulation delta au LCLS plus tard cette année, similaire à ce que nous avons utilisé dans l'installation de Fermi », a déclaré Hemsing. « Cela nous donnera un contrôle plus précis sur la polarisation du faisceau de rayons X, nous permettant d'affiner la technique et d'explorer son potentiel à des longueurs d'onde spécifiques, des énergies d'impulsion et des échelles de temps très courtes.
« Nous nous engageons également avec les communautés de science des photons, de chimie et de science des matériaux pour identifier les applications. L'objectif est d'étudier les performances de la machine et de faire de celle-ci une capacité standard au LCLS nouvellement amélioré. »
