- Tim penelitian SLAC telah menghasilkan pulsa X-ray energi tinggi terpendek, dengan durasi antara 100 hingga 400 attosecond.
- Pulsa super pendek ini memungkinkan pengamatan struktur yang sempurna, mengurangi kerusakan radiasi, dan merupakan tonggak penting bagi para peneliti.
- Teknologi baru ini memperluas ilmu attosecond ke kisaran energi foton sekitar 9 keV.
- Hard X-ray attosecond dapat menangkap snapshot dari keadaan yang tidak rusak, meningkatkan pencitraan pada skala nano.
Peneliti dari SLAC Linac Coherent Light Source (LCLS) telah menghasilkan dan mengukur pulsa X-ray energi tinggi (“keras”) terpendek yang pernah tercatat dalam X-ray Free Electron Laser (XFEL). Penelitian ini mengonfirmasi bahwa pada energi foton tinggi (sekitar 9 keV), durasi pulsa berada di antara 100 hingga 400 attosecond. Kilatan X-ray “keras” ini secara fundamental mengubah cara kita mengamati dan mengendalikan materi kuantum. Para ilmuwan telah memanfaatkan pulsa super pendek ini untuk menangkap gerakan elektron di dalam atom dan plasma padat secara real-time.
Pulsa super pendek ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati struktur yang sempurna, melampaui kerusakan radiasi yang disebabkan oleh X-ray itu sendiri. “Ini adalah tonggak penting bagi para peneliti yang berharap menggunakan hard X-ray attosecond di LCLS,” kata Profesor Ichiro Inoue dari Universitas Tokyo.
Pembuatan dan Pengukuran Pulsa Attosecond
Pembuatan pulsa attosecond sangat sulit, dan mengukur satu pulsa bahkan lebih menantang. “Selama beberapa tahun, kami telah belajar bagaimana menciptakan pulsa attosecond energi tinggi ini, tetapi mengukur pulsa yang begitu pendek benar-benar sangat sulit. Ini adalah yang pertama yang membuktikan bahwa pulsa ini memang hanya beberapa ratus attosecond panjangnya,” jelas Agostino Marinelli, penulis penelitian dan profesor di SLAC. Solusi datang dari penulis utama Inoue, yang mengusulkan teknik pengukuran tidak langsung menggunakan Amplifikasi Emisi Spontan (ASE). ASE pada dasarnya membagi berkas X-ray untuk mengukur spektrum energinya secara langsung, sementara sisa cahaya difokuskan pada foil tembaga untuk menghasilkan fluoresensi maju.
Para peneliti menguji SLAC Linac Coherent Light Source dengan memancarkan berkas energi tinggi dan membaginya menjadi dua jalur. Sebagian langsung mencapai detektor yang merekam spektrum energi, sementara sisa cahaya difokuskan pada titik 150 nanometer di foil tembaga untuk menghasilkan radiasi fluoresensi. Penggabungan pengukuran dari kedua detektor memungkinkan tim untuk menghitung durasi pulsa yang tepat dan instan. Teknologi ini memperluas ilmu attosecond ke kisaran energi foton sekitar 9 keV, yang merupakan lompatan besar dibandingkan eksperimen soft X-ray sebelumnya yang beroperasi di bawah 5 keV.
Mengapa hard X-ray super pendek ini begitu penting? Kedalaman dan kecepatan. Soft X-ray energi rendah cocok untuk mengamati ikatan kimia di kulit luar atom. Hard X-ray energi tinggi (di atas 5 keV) dapat menembus materi padat, memungkinkan para ilmuwan untuk menentukan posisi elektron dengan presisi atom. “Fisika plasma sangat kacau. Biasanya, kami mengaktifkan sampel, dan kemudian sistem akan rileks dan menyusun kembali sebelum kami dapat mengambil pengukuran. Kami sering terpaksa bergantung pada pemodelan dan membuat asumsi tentang apa yang sebenarnya terjadi,” kata fisikawan Sam Vinko dari Universitas Oxford.
Aplikasi Hard X-ray Attosecond
Saat ini, para ilmuwan dapat menargetkan sistem ekstrem, seperti yang ada dalam eksperimen energi fusi nuklir inersia, dan menangkap keadaan eksitasi inti beku sebelum kabur atau berevolusi. X-ray biasanya merusak sampel halus yang mereka pindai, tetapi hard X-ray attosecond mencegah kerusakan ini karena kecepatannya yang sangat tinggi. Karena kilatan berakhir sebelum kerusakan atau peluruhan terjadi, para peneliti dapat mengambil snapshot dari keadaan sistem yang tidak rusak. Tais Gorkhover dari Universitas Hamburg percaya bahwa kemampuan ini tidak hanya akan meningkatkan pencitraan pada skala nano, tetapi juga dapat membantu mengendalikan bahkan membalikkan interaksi antara cahaya dan materi.
Tonggak terbaru SLAC membuka era baru dalam dinamika kuantum, memberikan para peneliti kamera dengan rana yang lebih cepat daripada peluruhan atom.
Dampak Hard X-ray Attosecond pada Penelitian Kuantum
Perkembangan hard X-ray attosecond menandai kemajuan signifikan dalam penelitian dinamika kuantum, karena mereka dapat menangkap fenomena seketika tanpa merusak sampel. Ini memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati dan mengendalikan sistem kuantum dengan lebih akurat, terutama dalam konteks energi tinggi dan materi padat. Seiring kemajuan teknologi, penelitian di masa depan akan dapat mengeksplorasi perilaku dinamis pada tingkat atom dan molekul, yang memiliki arti penting bagi bidang ilmu material dan penelitian energi.