The optimal phase in strong-field photoemission experiments at sharp needle tips
DOI (Low Temperature Physics):
https://doi.org/10.1063/10.0044816Ключові слова:
metallic nanostructures, electron, photoemission, photoelectron spectroscopy, electron energy spectrumАнотація
Коли металеві кінчики голок висвітлюються інтенсивними фемтосекундними лазерними імпульсами, фотоемітовані електрони можуть сильно збуджуватися в оптичному полі на поверхні кінчика голки. Зокрема, електрони можуть пружно перерозсіюватися на кінчику, що призводить до характерних особливостей спектрів електронів, таких як плато і обрив. Спочатку розглянуто інтенсивні двокольорові поля, що керують динамікою електронів. Показано, як із двоколірних спектрів, які залежать від фази, можна отримати оптимальну фазу, тобто фазу як функцію енергії, за якої швидкість рахунку максимальна. З цієї оптимальної фази можна отримати багату інформацію. Ця перша частина огляду готує ґрунт для другої частини статті, що містить оригінальні дані про спектри, що залежать від фази огинаючої несучої. Показано, що за допомогою аналогічного аналізу з оптимальної фази можна виявити таку ж багату інформацію і у разі зміни фази несучої. Зокрема, показано, що оптимальна фаза дуже чутлива до тривалості імпульсу, що управляє. Ми очікуємо, що ця робота розширить арсенал інструментів фізики сильних полів, що вплине на аттосекундну фізику і майбутню петагерцову електроніку.
Посилання
M. Borsch, M. Meierhofer, R. Huber, and M. Kira, “Lightwave electronics in condensed matter,” Nat. Rev. Mater. 8, 668 (2023). https://doi.org/10.1038/s41578-023-00592-8
C. Heide, P. D. Keathley, and M. F. Kling, “Petahertz electronics,” Nat. Rev. Phys. 6, 648 (2024). https://doi.org/10.1038/s42254-024-00764-7
M. Krüger, M. Schenk, and P. Hommelhoff, “Attosecond control of electrons emitted from a nanoscale metal tip,” Nature 475, 78 (2011). https://doi.org/10.1038/nature10196
B. Piglosiewicz, S. Schmidt, D. J. Park, J. Vogelsang, P. Groß, C. Manzoni, P. Farinello, G. Cerullo, and C. Lienau, “Carrier-envelope phase effects on the strong-field photoemission of electrons from metallic nanostructures,” Nat. Photonics 8, 37 (2013). https://doi.org/10.1038/nphoton.2013.288
M. Krüger, C. Lemell, G. Wachter, J. Burgdörfer, and P. Hommelhoff, “Attosecond physics phenomena at nanometric tips,” J. Phys. B: Atomic, Mol. Opt. Phys. 51, 172001 (2018). https://doi.org/10.1088/1361-6455/aac6ac
T. Rybka, M. Ludwig, M. F. Schmalz, V. Knittel, D. Brida, and A. Leitenstorfer, “Sub-cycle optical phase control of nanotunnelling in the single electron regime,” Nat. Photonics 10, 667 (2016). https://doi.org/10.1038/nphoton.2016.174
W. P. Putnam, R. G. Hobbs, P. D. Keathley, K. K. Berggren, and F. X. Kärtner, “Optical-field-controlled photoemission from plasmonic nanoparticles,” Nat. Phys. 13, 335 (2017). https://doi.org/10.1038/nphys3978
C. Karnetzky, P. Zimmermann, C. Trummer, C. D. Sierra, M. Wörle, R. Kienberger, and A. Holleitner, “Towards femtosecond on-chip electronics based on plasmonic hot electron nano-emitters,” Nat. Commun. 9, 1 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04666-y
C. Gerner, “Nanostrukturen für die ultraschnelle Kontrolle freier und gebundener Elektronen,” Ph.D. thesis, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (2021).
P. D. Keathley, W. P. Putnam, P. Vasireddy, R. G. Hobbs, Y. Yang, K. K. Berggren, and F. X. Kärtner, “Vanishing carrier-envelope-phase-sensitive response in optical-field photoemission from plasmonic nanoantennas,” Nat. Phys. 15, 1128 (2019). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0613-6
M. Ludwig, G. Aguirregabiria, F. Ritzkowsky, T. Rybka, D. C. Marinica, J. Aizpurua, A. G. Borisov, A. Leitenstorfer, and D. Brida, “Subfemtosecond electron transport in a nanoscale gap,” Nat. Phys. 16, 341 (2020). https://doi.org/10.1038/s41567-019-0745-8
M. R. Bionta, F. Ritzkowsky, M. Turchetti, Y. Yang, D. Cattozzo Mor, W. P. Putnam, F. X. Kärtner, K. K. Berggren, and P. D. Keathley, “On-chip sampling of optical fields with attosecond resolution,” Nat. Photonics 15, 456 (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00792-0
H. Y. Kim, M. Garg, S. Mandal, L. Seiffert, T. Fennel, and E. Goulielmakis, “Attosecond field emission,” Nature 613, 662 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05577-1
P. Dienstbier, L. Seiffert, T. Paschen, A. Liehl, A. Leitenstorfer, T. Fennel, and P. Hommelhoff, “Tracing attosecond electron emission from a nanometric metal tip,” Nature 616, 702 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05839-6
P. B. Corkum, “Plasma perspective on strong field multiphoton ionization,” Phys. Rev. Lett. 71, 1994 (1993). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.71.1994
S. Meier, J. Heimerl, P. Dienstbier, and P. Hommelhoff, “Optical measurement of the work function and the field reduction factor of metallic needle tips,” Rev. Sci. Instrum. 94, 103302 (2023). https://doi.org/10.1063/5.0165802
D. M. B. Lesko, H. Timmers, S. Xing, A. Kowligy, A. J. Lind, and S. A. Diddams, “A six-octave optical frequency comb from a scalable few-cycle erbium fibre laser,” Nat. Photonics 15, 281 (2021). https://doi.org/10.1038/s41566-021-00778-y
A. Herzig, P. Hommelhoff, E. Goulielmakis, T. Fennel, and L. Seiffert, “Cross-process interference in single-cycle electron emission from metal needle tips,” Phys. Rev. Lett. 136, 066904 (2026). https://doi.org/10.1103/n482-q85k
T. Wirth, J. Heimerl, S. Meier, and P. Hommelhoff, “Intracycle interference in strong-field photoemission from a tungsten needle tip,” to be published (2026).
J. Heimerl, S. Meier, A. Herzig, F. López Hoffmann, L. Seiffert, D. M. B. Lesko, S. Hillmann, S. Wittigschlager, T. Weitz, T. Fennel, and P. Hommelhoff, “Attosecond physics in optical near fields,” Nat. Phys. 21, 1893 (2025). https://doi.org/10.1038/s41567-025-03093-3
