Hej Hugo, du lägger snart fram din avhandling, vad handlar den om?

- I min avhandling använder jag mig av mättekniken attosekund fotoelektroninterferometri. Det är en mätteknik där vi använder en kort laserpuls för att kasta ut en elektron från en atom. Den utkastade elektronen beter sig våglikt och kan beskrivas som ett vågpaket. Vi kan mäta amplituden och fasen hos dessa elektronvågpaket, vilket hjälper oss att förstå dynamiken när elektronen kastas ut.

Ibland kan elektronen förberedas i ett speciellt tillstånd som inte kan beskrivas som ett vågpaket med en väldefinierad amplitud och fas. Elektronen är då i en statistisk blandning av flera tillstånd, och vi vet inte i vilket förrän vi observerar den. I min avhandling har vi utvecklat en metod som kallas KRAKEN, för att mäta något som kallas densitetsmatrisen för dessa blandade elektroner.

Densitetsmatrisen är en generalisering av vågfunktionen och ger oss information om sannolikheten att hitta elektronen i olika tillstånd och hur de är kopplade till varandra. Med KRAKEN kan vi mäta elektronens densitetsmatris och därmed karakterisera både rena och blandade elektroner.

Genom att mäta elektronens densitetmatris kan vi få en djupare förståelse för hur elektronen beter sig på ultrakorta tidskalor vilket kan ha betydelse för utvecklingen av nya material samt inom fotokemi.

Varför valde du just det här ämnet?

- Till stor del var det en tillfällighet. Jag sökte och fick en doktorandtjänst inom attosekundfysik med Anne L'Huillier som handledare. Anne var mycket generös i att låta mig utforska vad som intresserade mig. I diskussioner med min kollega David Busto och min handledare Anne identifierade vi begränsningarna i fotoelektroninterferometri-protokollet, RABBIT, och noterade att det misslyckas med att karaktärisera blandade kvanttillstånd. Efter att ha identifierat att densitetsmatrisen för fotoelektronen behöver mätas var det som att lösa ett pussel för att hitta ett sätt att mäta densitetsmatrisen.

Vilket är det viktigaste resultatet från din avhandling?

- Att det faktiskt är möjligt att mäta densitetsmatrisen för en fotoelektron skapad genom absorption av ultrakorta laserpulser. Dessutom att i vissa specifika fall kan sammanflätningen mellan fotoelektronen och jonen kvantifieras med hjälp av KRAKEN. Denna nya mätteknik kopplar samman två forskningsområden, som vid en första anblick kan verka mycket olika, attosekundvetenskap och kvantinformationvetenskap.

Vad hoppas du att ditt arbete kan leda till?

- Inom ultrasnabb fysik studerar vi mycket snabba processer på atomär och molekylär nivå. Dekoherens innebär en förlust av kvantmekaniska egenskaper hos ett objekt, vilket leder till att de beter sig mer klassiskt. Sammanflätning å andra sidan är ett kvantfenomen där två objekt blir kopplade på ett sätt som leder till att deras egenskaper inte kan beskrivas separat.

Genom att använda KRAKEN-metoden kan vi mäta dekoherens hos fotoelektronen och i vissa system kvantifiera sammanflätningen mellan jonen och fotoelektronen. Sammantaget hoppas jag att KRAKEN kommer att bidra till att öka vår kunskap och förståelse inom ultrasnabb fysik och leda till spännande framsteg inom kvantmekanik och tillämpningar av kvantteknologi.

Vad ska du göra när du är klar med avhandlingen?

- Jag har accepterat en position som postdoktor vid Lawrence Berkeley National Laboratory under handledning av professor Stephen Leone. Jag kommer att försöka överföra min expertis inom koherens och dekoherens inom ramen för attosekund fotoelektroninterferometri till den experimentella tekniken attosekund transient absorptionsspektroskopi för att försöka studera elektronisk koherens hos halvedande nanotrådar på ultrakorta tidskalor.

Varför är det viktigt att forska?

- Den vetenskapliga metoden har varit framgångsrik i att gradvis förbättra levnadsstandarden genom innovation av ny teknik. Därför är det meningsfullt att ägna sin kreativitet åt att lösa problem som kan hjälpa många. Dessutom är det intressant att det med matematik och fysik är möjligt att avslöja dolda strukturer i naturen, vilket för mig är mycket mystiskt, avslutar Hugo Laurell.

Disputation

För avläggande av doktorsexamen i fysik har Hugo Laurell författat en vetenskaplig avhandling med titeln:

"Attosecond photoelectron interferometry: from wavepackets to density matrices"

Hugo Laurells avhandling finns att läsa i Lunds universitets forskningsportal,

Hugo Laurell försvarar sin avhandling den 9 juni, mer information finns i vårt kalendarium.