Если вы когда-нибудь задавались вопросом, почему один компьютер работает очень быстро, а другой компьютер или электронное устройство – медленно, то вы знаете, что большую часть определяет разница в тактовых частотах. Другими словами, все это сводится к скорости, с которой импульсы электронов переключают транзисторы и другие элементы схем, выполняющих передачу, хранение и обработку информации. Поэтому ученые и инженеры постоянно находятся в поисках новых методов, позволяющих увеличить частоту следования импульсов, т.е. понизить их длительность до минимально возможной величины.
И тут же встает вопрос, насколько коротким может быть электрический импульс, способный течь по проводнику в электронной схеме? Ответ на этот вопрос дала группа исследователей из университета Ростока (University of Rostock) и института Макса Планка, которая использовала в качестве генератора импульсов сверхкороткие вспышки света, сфокусированные на острие вольфрамового наконечника. И таким способом им удалось получить самые короткие электрические импульсы на сегодняшний день, длительность которых измеряется всего десятками аттосекунд.
Для того, чтобы добиться приемлемо высокого уровня взаимодействия между светом и металлом, ученые использовали метод так называемого синтеза светового поля (light field synthesis). Этот метод позволил им получить вспышку света, длительность которой меньше, чем длительность одного периода собственных колебаний. И такие сверхкороткие вспышки использовались для того, чтобы выбить из вольфрама свободные электроны и направить их в вакуум в виде направленного луча.
Но задача не была бы полностью выполнена, если бы ученые не нашли способ измерения длительности электронных импульсов. Специально для этого был разработан новый тип специальной сверхскоростной камеры, которая была способна делать снимки электронов, выбитых светом из вольфрамового наконечника.
“Для этого мы использовали еще одну короткую, но слабую вспышку света” – пишут исследователи, – “Эта вспышка “мягко” изменяет энергию электронов, что позволяет нам косвенно вычислить время. Очень грубо говоря, все это напоминает на попытки идентификации предмета, спрятанного в коробке, путем ощупывания руками формы его поверхности”. И в результате своих измерений ученые получили, что длительность электронных импульсов, сгенерированных сверхкороткими импульсами лазерного света, составила 53 с погрешностью в 5 аттосекунд.
“Поскольку электронные технологии совершенствуются буквально с каждым днем, мы можем ожидать, что в будущем появятся микроскопические электронные схемы, в которых перемещение электронов в вакууме, заполняющем промежутки между плотно упакованными элементами схем, будут использоваться для обхода препятствий, замедляющих электронные импульсы” – пишут исследователи, – “Использование света для формирования и направления сверхкоротких импульсов электронов в нужном направлении позволит ускорить электронику в тысячи раз по сравнению с нынешними технологиями”.
Но пока дела дойдет до практической реализации нового метода формирования электронных импульсов, этот метод можно будет использовать чисто в научных целях. “Выбивание электронов из металла при помощи метода синтеза светового поля позволит существенно упростить некоторые из существующих экспериментальных технологий” – пишут исследователи, – “Короткие электронные импульсы могут обеспечить превосходную разрешающую способность при проведении съемки движения электронов и атомов в материалах, при изучении структурных изменений в сложных материалах и многого другого”.
