ឡាស៊ែរជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចអាតូវិនាទីថ្នាក់ TW
កាំរស្មីអ៊ិច Attosecondឡាស៊ែរជីពចរជាមួយនឹងថាមពលខ្ពស់ និងរយៈពេលជីពចរខ្លី គឺជាគន្លឹះក្នុងការសម្រេចបាននូវវិសាលគមមិនមែនលីនេអ៊ែរលឿនបំផុត និងការថតរូបភាពឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច។ ក្រុមស្រាវជ្រាវនៅសហរដ្ឋអាមេរិកបានប្រើប្រាស់ដំណាក់កាលពីរដំណាក់កាលឡាស៊ែរអេឡិចត្រុងគ្មានកាំរស្មីអ៊ិចដើម្បីបញ្ចេញជីពចរអាតូវិនាទីដាច់ពីគ្នា។ បើប្រៀបធៀបជាមួយរបាយការណ៍ដែលមានស្រាប់ ថាមពលកំពូលជាមធ្យមនៃជីពចរត្រូវបានកើនឡើងតាមលំដាប់រ៉ិចទ័រ ថាមពលកំពូលអតិបរមាគឺ 1.1 TW និងថាមពលមធ្យមគឺច្រើនជាង 100 μJ។ ការសិក្សានេះក៏ផ្តល់នូវភស្តុតាងរឹងមាំសម្រាប់ឥរិយាបថវិទ្យុសកម្មអ៊ីប៉ូរ៉ាឌីយ៉ាសិនដូចសូលីតុងនៅក្នុងវាលកាំរស្មីអ៊ិចផងដែរ។ឡាស៊ែរថាមពលខ្ពស់បានជំរុញវិស័យស្រាវជ្រាវថ្មីៗជាច្រើន រួមទាំងរូបវិទ្យាវាលខ្ពស់ វិសាលគមអាតូវិនាទី និងឧបករណ៍បង្កើនល្បឿនភាគល្អិតឡាស៊ែរ។ ក្នុងចំណោមឡាស៊ែរគ្រប់ប្រភេទ កាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានគេប្រើប្រាស់យ៉ាងទូលំទូលាយក្នុងការធ្វើរោគវិនិច្ឆ័យផ្នែកវេជ្ជសាស្ត្រ ការរកឃើញកំហុសឧស្សាហកម្ម ការត្រួតពិនិត្យសុវត្ថិភាព និងការស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រ។ ឡាស៊ែរអេឡិចត្រុងសេរីកាំរស្មីអ៊ិច (XFEL) អាចបង្កើនថាមពលកាំរស្មីអ៊ិចកំពូលតាមលំដាប់លំដោយជាច្រើនបើប្រៀបធៀបទៅនឹងបច្ចេកវិទ្យាបង្កើតកាំរស្មីអ៊ិចផ្សេងទៀត ដោយហេតុនេះពង្រីកការអនុវត្តកាំរស្មីអ៊ិចទៅក្នុងវិស័យវិសាលគមមិនមែនលីនេអ៊ែរ និងការថតរូបភាពឌីផ្រាក់ស្យុងភាគល្អិតតែមួយដែលត្រូវការថាមពលខ្ពស់។ កាំរស្មីអ៊ិចអាតូវិនាទី XFEL ដែលទទួលបានជោគជ័យថ្មីៗនេះ គឺជាសមិទ្ធផលដ៏សំខាន់មួយនៅក្នុងវិទ្យាសាស្ត្រ និងបច្ចេកវិទ្យាអាតូវិនាទី ដោយបង្កើនថាមពលកំពូលដែលមានច្រើនជាងប្រាំមួយលំដាប់លំដោយបើប្រៀបធៀបទៅនឹងប្រភពកាំរស្មីអ៊ិចលើតុ។
ឡាស៊ែរអេឡិចត្រុងសេរីអាចទទួលបានថាមពលជីពចរខ្ពស់ជាងកម្រិតនៃការបញ្ចេញដោយឯកឯងជាច្រើនលំដាប់ដោយប្រើអស្ថិរភាពសមូហភាព ដែលបណ្តាលមកពីអន្តរកម្មជាបន្តបន្ទាប់នៃវាលវិទ្យុសកម្មនៅក្នុងធ្នឹមអេឡិចត្រុងរ៉ឺឡាទីវីស្ទិក និងលំយោលម៉ាញ៉េទិច។ នៅក្នុងជួរកាំរស្មីអ៊ិចរឹង (ប្រហែល 0.01 nm ដល់ 0.1 nm រលកពន្លឺ) FEL ត្រូវបានសម្រេចដោយការបង្ហាប់បាច់ និងបច្ចេកទេសកោណក្រោយការឆ្អែត។ នៅក្នុងជួរកាំរស្មីអ៊ិចទន់ (ប្រហែល 0.1 nm ដល់ 10 nm រលកពន្លឺ) FEL ត្រូវបានអនុវត្តដោយបច្ចេកវិទ្យាចំណិតស្រស់ៗ។ ថ្មីៗនេះ ជីពចរ attosecond ដែលមានថាមពលកំពូល 100 GW ត្រូវបានរាយការណ៍ថាត្រូវបានបង្កើតដោយប្រើវិធីសាស្ត្របញ្ចេញដោយឯកឯងដែលបង្កើនដោយខ្លួនឯង (ESASE)។
ក្រុមស្រាវជ្រាវបានប្រើប្រព័ន្ធពង្រីកពីរដំណាក់កាលដែលផ្អែកលើ XFEL ដើម្បីពង្រីកទិន្នផលជីពចរ attosecond នៃកាំរស្មីអ៊ិចទន់ពី linac coherentប្រភពពន្លឺដល់កម្រិត TW ដែលជាការកែលម្អលំដាប់រ៉ិចទ័រលើសពីលទ្ធផលដែលបានរាយការណ៍។ ការរៀបចំពិសោធន៍ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1។ ដោយផ្អែកលើវិធីសាស្ត្រ ESASE ឧបករណ៍បញ្ចេញពន្លឺ photocathode ត្រូវបានកែប្រែដើម្បីទទួលបានធ្នឹមអេឡិចត្រុងដែលមានចរន្តខ្ពស់ ហើយត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតជីពចរកាំរស្មីអ៊ិច attosecond ។ ជីពចរដំបូងមានទីតាំងនៅគែមខាងមុខនៃជីពចរនៃធ្នឹមអេឡិចត្រុង ដូចបង្ហាញនៅជ្រុងខាងឆ្វេងខាងលើនៃរូបភាពទី 1។ នៅពេលដែល XFEL ឈានដល់កម្រិតឆ្អែត ធ្នឹមអេឡិចត្រុងត្រូវបានពន្យាពេលទាក់ទងទៅនឹងកាំរស្មីអ៊ិចដោយម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ម៉ាញេទិក ហើយបន្ទាប់មកជីពចរធ្វើអន្តរកម្មជាមួយធ្នឹមអេឡិចត្រុង (ចំណិតថ្មី) ដែលមិនត្រូវបានកែប្រែដោយការកែប្រែ ESASE ឬឡាស៊ែរ FEL ។ ជាចុងក្រោយ ឧបករណ៍បំលែងម៉ាញេទិកទីពីរត្រូវបានប្រើដើម្បីពង្រីកកាំរស្មីអ៊ិចបន្ថែមទៀតតាមរយៈអន្តរកម្មនៃជីពចរ attosecond ជាមួយនឹងចំណិតថ្មី។
រូបភាពទី 1 ដ្យាក្រាមឧបករណ៍ពិសោធន៍; រូបភាពបង្ហាញពីលំហដំណាក់កាលបណ្តោយ (ដ្យាក្រាមពេលវេលា-ថាមពលនៃអេឡិចត្រុង ពណ៌បៃតង) ទម្រង់ចរន្ត (ពណ៌ខៀវ) និងវិទ្យុសកម្មដែលផលិតដោយការពង្រីកលំដាប់ទីមួយ (ពណ៌ស្វាយ)។ XTCAV, ប្រហោងឆ្លងកាត់ក្រុម X; cVMI, ប្រព័ន្ធថតរូបភាពរហ័ស coaxial; FZP, ស្ពិចត្រូម៉ែត្របន្ទះក្រុម Fresnel
ជីពចរអាតូវិនាទីទាំងអស់ត្រូវបានបង្កើតឡើងពីសំឡេងរំខាន ដូច្នេះជីពចរនីមួយៗមានលក្ខណៈសម្បត្តិវិសាលគម និងដែនពេលវេលាខុសៗគ្នា ដែលអ្នកស្រាវជ្រាវបានស្វែងយល់លម្អិតបន្ថែមទៀត។ ទាក់ទងនឹងវិសាលគម ពួកគេបានប្រើវិសាលគមបន្ទះ Fresnel ដើម្បីវាស់វិសាលគមនៃជីពចរនីមួយៗនៅប្រវែងរលកសមមូលផ្សេងៗគ្នា ហើយបានរកឃើញថាវិសាលគមទាំងនេះរក្សាទម្រង់រលករលោងសូម្បីតែបន្ទាប់ពីការពង្រីកបន្ទាប់បន្សំក៏ដោយ ដែលបង្ហាញថាជីពចរនៅតែជាយូនីម៉ូឌុល។ នៅក្នុងដែនពេលវេលា គែមមុំត្រូវបានវាស់វែង ហើយទម្រង់រលកដែនពេលវេលានៃជីពចរត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈ។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1 ជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចត្រូវបានត្រួតស៊ីគ្នាជាមួយនឹងជីពចរឡាស៊ែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដដែលមានប៉ូលរាងជារង្វង់។ អេឡិចត្រុងហ្វូតូដែលត្រូវបានអ៊ីយ៉ូដដោយជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចនឹងបង្កើតជាឆ្នូតៗក្នុងទិសដៅផ្ទុយពីសក្តានុពលវ៉ិចទ័រនៃឡាស៊ែរអ៊ីនហ្វ្រារ៉េដ។ ដោយសារតែវាលអគ្គិសនីនៃឡាស៊ែរបង្វិលតាមពេលវេលា ការចែកចាយសន្ទុះនៃហ្វូតូអេឡិចត្រុងត្រូវបានកំណត់ដោយពេលវេលានៃការបញ្ចេញអេឡិចត្រុង ហើយទំនាក់ទំនងរវាងរបៀបមុំនៃពេលវេលានៃការបញ្ចេញ និងការចែកចាយសន្ទុះនៃហ្វូតូអេឡិចត្រុងត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ការចែកចាយសន្ទុះហ្វូតូអេឡិចត្រុងត្រូវបានវាស់ដោយប្រើស្ពិចត្រូម៉ែត្រថតរូបភាពលឿនអ័ក្សអាកាស់។ ដោយផ្អែកលើលទ្ធផលចែកចាយ និងវិសាលគម រលកដែនពេលវេលានៃជីពចរអាតូវិនាទីអាចត្រូវបានសាងសង់ឡើងវិញ។ រូបភាពទី 2 (ក) បង្ហាញពីការចែកចាយនៃរយៈពេលជីពចរ ដែលមានមធ្យមភាគ 440 ជា។ ជាចុងក្រោយ ឧបករណ៍ចាប់សញ្ញាត្រួតពិនិត្យឧស្ម័នត្រូវបានប្រើដើម្បីវាស់ថាមពលជីពចរ ហើយគ្រោងការខ្ចាត់ខ្ចាយរវាងថាមពលជីពចរកំពូល និងរយៈពេលជីពចរដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2 (ខ) ត្រូវបានគណនា។ ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធទាំងបីត្រូវគ្នាទៅនឹងលក្ខខណ្ឌផ្តោតធ្នឹមអេឡិចត្រុងផ្សេងៗគ្នា លក្ខខណ្ឌកោណរលក និងលក្ខខណ្ឌពន្យាពេលម៉ាស៊ីនបង្ហាប់ម៉ាញេទិក។ ការកំណត់រចនាសម្ព័ន្ធទាំងបីបានផ្តល់ថាមពលជីពចរជាមធ្យម 150, 200 និង 260 µJ រៀងគ្នា ជាមួយនឹងថាមពលកំពូលអតិបរមា 1.1 TW។
រូបភាពទី 2. (ក) អ៊ីស្តូក្រាមចែកចាយនៃរយៈពេលជីពចរទទឹងពេញ (FWHM) ដែលមានកម្ពស់ពាក់កណ្តាល; (ខ) គ្រោងរាយប៉ាយដែលត្រូវគ្នានឹងថាមពលកំពូល និងរយៈពេលជីពចរ
លើសពីនេះ ការសិក្សានេះក៏បានសង្កេតឃើញជាលើកដំបូងនូវបាតុភូតនៃការបញ្ចេញកាំរស្មីអ៊ិចដូចសូលីតុងនៅក្នុងក្រុមកាំរស្មីអ៊ិច ដែលលេចឡើងជាការខ្លីនៃជីពចរជាបន្តបន្ទាប់ក្នុងអំឡុងពេលពង្រីក។ វាបណ្តាលមកពីអន្តរកម្មខ្លាំងរវាងអេឡិចត្រុង និងវិទ្យុសកម្ម ដោយថាមពលត្រូវបានផ្ទេរយ៉ាងលឿនពីអេឡិចត្រុងទៅក្បាលជីពចរកាំរស្មីអ៊ិច ហើយត្រឡប់ទៅអេឡិចត្រុងវិញពីកន្ទុយជីពចរ។ តាមរយៈការសិក្សាស៊ីជម្រៅអំពីបាតុភូតនេះ គេរំពឹងថាជីពចរកាំរស្មីអ៊ិចដែលមានរយៈពេលខ្លីជាង និងថាមពលកំពូលខ្ពស់ជាងអាចត្រូវបានសម្រេចបន្ថែមទៀតដោយការពង្រីកដំណើរការពង្រីកកាំរស្មីអ៊ិច និងទាញយកអត្ថប្រយោជន៍ពីការខ្លីនៃជីពចរក្នុងរបៀបដូចសូលីតុង។
ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ២៧ ខែឧសភា ឆ្នាំ ២០២៤