L'obiettivo del laboratorio è la generazione e l'applicazione di impulsi ad attosecondi alla dinamica molecolare ultraveloce.Il laboratorio, originariamente realizzato nell'ambito dell'ERC (Consiglio Europeo della Ricerca) Advanced Grant "ELYCHE" (Electron-scale dynamics in chemistry), è attualmente finanziato dall'ERC Synergy Grant "TOMATTO" (The ultimate time scale in organic molecular opto-electronics, the attosecond). Le principali direzioni di ricerca sono le seguenti:

1. Materiali optoelettronici organici: studio e controllo coerente della dinamica elettronica e dei processi di trasferimento di carica fotoindotti in materiali molecolari di grande interesse per applicazioni optoelettroniche, come dispositivi fotovoltaici, fili molecolari, fotosintesi artificiale.
2. Attochimica: studio dell'interazione della luce con sistemi molecolari poliatomici innescando moti elettronici ultraveloci, con l'obiettivo di controllare le proprietà chimiche delle molecole attraverso una manipolazione risolta nel tempo dei gradi di libertà elettronici.
3. Processi ultraveloci in biomolecole: studio della dinamica elettronica in biomolecole come amminoacidi o basi del DNA. L'obiettivo principale della ricerca è la comprensione dei processi elementari che svolgono un ruolo fondamentale in molti meccanismi biologici rilevanti, ad esempio il fotodanneggiamento e la trasmissione di segnali biologici nelle proteine ​​e nel DNA.

Sito web: http://www.attosecond.fisi.polimi.it

Sorgente laser

La sorgente laser è un sistema amplificato Ti:Zaffiro che genera impulsi da 25 fs con un'energia di 10 mJ, una frequenza di ripetizione di 1 kHz e Carrier Envelope Phase stabilizzata (Coherent Legend Elite DUO). La radiazione può essere convertita da 800 nm all'intervallo 1-2,5 µm grazie a un amplificatore ottico parametrico ad alta energia (Light Conversion TOPAS HE PRIME), consentendo lo scaling ponderomotivo dell'HHG .Una porzione del fascio laser viene post-compressa utilizzando la tecnica della fibra cava in combinazione con specchi chirped a banda ultralarga fino a 4 fs (1,5 cicli ottici) con un'energia di 1,5 mJ. Lo spettro copre l'intero intervallo visibile (VIS), estendendosi nel vicino infrarosso (NIR) fino a 1000 nm.

Beamline ad attosecondi

Gli impulsi da 1,5 mJ e 4 fs centrati a 800 nm costituiscono il seme della linea ad attosecondi. Una frazione del fascio viene utilizzata per generare radiazione ultravioletta estrema (EUV) attraverso la generazione di armoniche di ordine elevato (HHG). La ricombinazione del fascio residuo da 4 fs con l'EUV generato in un interferometro attivamente stabilizzato consente la spettroscopia e la metrologia ad attosecondi VIS/NIR – EUV. La caratterizzazione temporale degli impulsi EUV viene ottenuta mediante attosecond streaking: la durata dell'impulso risultante è di 180 as (FWHM).

Estendiamo l'intervallo di lunghezze d'onda di eccitazione a nostra disposizione all'ultravioletto (UV) tramite emissione di onde dispersive risonanti (RDW), un processo non lineare che consente di ottenere impulsi di pochi fs con lunghezza d'onda centrale regolabile dall'UV profondo (200 nm - 300 nm) all'UV (300 nm - 400 nm) e un'elevata efficienza. L'RDW ci consente di raggiungere in modo risonante specifiche eccitazioni molecolari nei sistemi in esame, preservando al contempo l'elevata risoluzione temporale dell'esperimento. Attualmente, l'esperimento principale consiste nella spettroscopia di elettroni risolta in tempo (TRPES) su composti organici in fase gassosa con pompa UV e sonda EUV. La risoluzione temporale complessiva dell'esperimento, 3 fs, lo pone aldilà dello stato dell'arte.