Resultados ALF

ALF-USAL impulsa innovaciones en implantes biomédicos con tecnología 3D de MELTIO

El grupo de investigación ALF-USAL de la Universidad de Salamanca participa en el proyecto ATILA, enfocado en desarrollar nuevas aplicaciones de implantes biomédicos. Este proyecto, liderado por AIDIMME, que también cuenta con la colaboración de la fundación FIHGUV,utiliza la tecnología de impresión 3D de metal de MELTIO.

ALF-USAL es responsable de los estudios iniciales sobre los parámetros necesarios para crear modelos que simulen el proceso de fabricación aditiva. Estos estudios son esenciales para mejorar la biocompatibilidad y la personalización de los implantes.

El proyecto se enfrenta a retos en la precisión y adaptabilidad de los materiales. Hasta el momento ha logrado avances significativos en la creación de implantes personalizados y biocompatibles.

Para más detalles, visita la nota de prensa publicada por COPE.

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OP Sesión – Heat transfer mechanisms in nanoscale materials

Rosa Pilar Merchán Corral compañera del Grupo de Aplicaciones del Láser y Fotónica, impartirá el seminario titulado «Heat Transfer Mechanisms in Nanoscale Materials» el próximo 17 de junio a las 12:30.

El seminario tendrá lugar en el aula VI del Edificio Trilingüe en la Universidad de Salamanca. 

En esta charla, se presenta un breve repaso de las principales ecuaciones de calor, empezando por la ley de Fourier clásica y avanzando a las ecuaciones de Maxwell-Cattaneo-Vernotte y Guyer-Krumhansl. Asimismo, se analizan los regímenes clave de conducción de calor (difusivo, hidrodinámico, balístico) en materiales nanométricos. Finalmente, se muestra una posible configuración experimental en semiconductores junto con algunos estudios actuales y sus principales resultados.

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Campos magnéticos ópticos aislados e intensos con polarización controlada

Normalmente, cuando se habla de la interacción láser con la materia, sólo se tiene en cuenta el campo eléctrico asociado a dicha radiación electromagnética. En parte, esto ocurre porque las excitaciones inducidas por el campo magnético son órdenes de magnitud inferiores a aquellas asociadas al campo eléctrico. Sin embargo, el interés en probar sistemas magnéticos en escalas temporales y espaciales concretas y de forma coherente, fuera del alcance de las fuentes tradicionales de campos magnéticos como pueden ser los electroimanes, demuestra la necesidad de desarrollar nuevos esquemas para el diseño y control del campo electromagnético que conforma luz. Esto es posible gracias al gran zoo que compone la luz estructurada, pudiendo manipular diferentes grados de libertad como el patrón de intensidad, la fase o el estado de polarización. Si bien ya existen estudios que abordan la separación del campo magnético del eléctrico asociado en un haz de luz, en la mayoría de los casos es necesaria la interacción con materia para inducir corrientes eléctricas que favorezcan a la creación de un campo magnético longitudinal polarizado linealmente lo suficientemente intenso y asilado. 

Con nuestro estudio teórico vamos un paso más allá en este escenario, buscando un campo magnético cuyo estado de polarización pueda ser controlado, desde lineal a circular pasando por elíptico. Cuando se introduce un campo magnético óptico de estas características con simetría cilíndrica a lo largo del eje de propagación del haz en las ecuaciones de Maxwell que gobiernan el electromagnetismo clásico, el resultado es un campo eléctrico asociado extremadamente complejo. Este consiste en un vórtice óptico (un haz en el que la fase o frente de ondas forma una hélice a medida que se propaga; es lo que se conoce como momento angular orbital de la luz) con una única componente de polarización a lo largo del eje de propagación. Esta solución desafía la tecnología láser actual, por lo que es necesario adoptar otros esquemas más realistas.

En nuestro trabajo proponemos la superposición coherente de varios haces estructurados debidamente desfasados, de manera que a través de su única manipulación óptica se puede tener un control directo sobre el estado de polarización del campo magnético aislado resultante en una región determinada del espacio. Por un lado, usamos haces vectoriales con polarización azimutal como punto de partida para aprovechar su componente longitudinal de campo magnético linealmente polarizada a lo largo del eje donde el campo eléctrico es nulo debido a la singularidad de polarización. Enfocándolos fuertemente con un sistema óptico de gran apertura numérica fuera de la aproximación paraxial, esta componente puede confinarse e intensificarse enormemente partiendo de láseres relativamente poco intensos. Combinando dos o cuatro de estos haces focalizados en una geometría cruzada con los respectivos focos en un mismo punto y aplicando los desfases correspondientes, es posible lograr un campo magnético intenso, aislado del campo eléctrico y con polarización circular contenida en el plano en el que se disponen los haces conductores, en una región de tamaño por debajo de la longitud de onda del láser.

Nuestros resultados obtenidos desde un punto de vista de un montaje experimental factible abren las puertas a nuevas perspectivas en aplicaciones tan amplias como la espectroscopía óptica y magnética, la microscopía de fuerza o la dinámica de magnetización ultrarrápida. En particular, son especialmente atractivos la inspección de interacciones magnéticas con láseres intensos en el régimen ultrarrápido con fenómenos como la dinámica no lineal de la magnetización en muestras ferromagnéticas, el estudio de materiales quirales o aplicaciones en la potencial mejora de la resolución espacial en la interacción óptica con sistemas magnéticos.

Más información en:

Sergio Martín-Domene, Luis Sánchez-Tejerina, Rodrigo Martín-Hernández, Carlos Hernández-García; Generation of intense, polarization-controlled magnetic fields with non-paraxial structured laser beams. Appl. Phys. Lett. 20 May 2024; 124 (21): 211101.

 https://doi.org/10.1063/5.0197085

 
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Anuncio de defensa de tesis doctoral – Alba de las Heras Muñoz

El 24 de mayoAlba de las Heras Muñoz presentará su tesis doctoral titulada «Study of multielectron Dynamics and structured laser beams in attosecond physics” y dirigida por los doctores D. Carlos Hernández García y D. Luis Plaja Rustein

El acto de defensa tendrá lugar a las 11:00 h en el aula III del Edificio Trilingüe.

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2×1 en pulsos láser ultracortos

En las últimas décadas, los pulsos láser ultracortos han revolucionado nuestra manera de estudiar el mundo microscópico a través de la interacción de la luz coherente con la materia. La generación y manipulación de estos campos electromagnéticos efímeros nos permite acceder a los fenómenos atómicos más rápidos de la naturaleza, que suceden en la escala de tiempo de los femto a los attosegundos (10-15-10-18 s). El rápido avance de la tecnología láser ha permitido, en los últimos años, sintetizar pulsos infrarrojos con duraciones sub-ciclo, en los que la estructura más intensa del campo eléctrico de la luz apenas tiene tiempo de completar una oscilación a su frecuencia central. Estos pulsos proporcionan una herramienta única para explorar el movimiento de los electrones en átomos y moléculas, pero su generación todavía está limitada a montajes extremadamente costosos y complejos.

Recientemente, demostramos que estos pulsos sub-ciclo pueden obtenerse de forma mucho más sencilla en sistemas rutinarios basados en la propagación de la luz a través de fibras huecas rellenas de gas con un gradiente de presión decreciente. Esta propuesta se basa en un fenómeno sorprendente de la óptica no lineal, conocido como auto-compresión solitónica, por el que un pulso láser intenso puede, por sí solo, ensanchar y organizar simultáneamente su espectro de frecuencias, reduciendo casi al límite su duración. Siguiendo unas reglas de escala para diseñar los parámetros de la fibra y del pulso de entrada, esta técnica permite generar pulsos sub-ciclo infrarrojos de muy buena calidad.

No contentos con alcanzar duraciones de apenas un femtosegundo, en nuestro último trabajo, realizado en colaboración con investigadores del Politecnico di Milano y la Heriot-Watt University, hemos explorado la aplicación de estos campos sub-ciclo para generar pulsos láser aún más cortos en el régimen de los attosegundos. Para ello, hemos aprovechado el fenómeno de generación de armónicos de orden alto, que surge de la interacción de un pulso infrarrojo intenso con los átomos de un gas. Cuando la interacción se realiza con un láser convencional, este proceso funciona como una cadena de producción de pulsos de attosegundo en el ultravioleta extremo, dando lugar a una serie de destellos de luz que se suceden a intervalos de tiempo regulares. Sin embargo, si la interacción la realiza uno de nuestros anteriores pulsos sub-ciclo, el proceso de generación de armónicos se confina de manera natural a un único evento, lo que resulta en la emisión directa de un pulso de attosegundo aislado. Estos pulsos ultravioletas solitarios constituyen una herramienta muy codiciada en aplicaciones de ciencia ultrarrápida donde se necesita un control muy preciso y una gran resolución temporal.

Así, nuestro estudio abre las puertas a una nueva generación de sistemas compactos basados en fibras en los que, partiendo de un pulso láser infrarrojo estándar, se combinan por primera vez su auto-compresión extrema hasta el régimen sub-ciclo y su aplicación directa para generar pulsos de attosegundo aislados en el ultravioleta extremo.

Más información en:

  1. F. Galán, J. Serrano, E. C. Jarque, R. Borrego-Varillas, M. Lucchini, M. Reduzzi, M. Nisoli, C. Brahms, J. C. Travers, C. Hernández-García, and J. San Roman, “Robust isolated attosecond pulse generation with self-compressed sub-cycle drivers from hollow capillary fibers,” ACS Photonics 11(4), 1673-1683 (2024).

https://doi.org/10.1021/acsphotonics.3c01897

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Investigadores del Institute of Ion Beam Physics and Materials Research visitan ALF-USAL

Los investigadores Rang Li y Chi Pang, del Institute of Ion Beam Physics and Materials Research (Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf) realizaron la semana pasada una campaña de experimentación en el Laboratorio Láser de la USAL.

Estos investigadores trabajan en el desarrollo de nuevos materiales avanzados para aplicaciones en fotónica como las microcavidades de nanomembrana.

Utilizan diversos dispositivos experimentales basados en láseres de pulsos ultracortos desarrollados por los investigadores del grupo ALF Carolina Romero, Ignacio López, Íñigo Sola y Javier Rodríguez

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Investigadores del grupo ALF – USAL participan en el congreso HILAS

Investigadores del grupo ALF de la USAL, incluyendo a Carlos Hernández García, Marina Fernández Galán y Rodrigo Hernández Martín, participaron en el congreso de High-Intensity Lasers and High-Field Phenomena (HILAS), que tuvo lugar del 12 al 14 de marzo en Viena.

HILAS sirve como una plataforma destacada para que científicos e investigadores exploren avances de vanguardia y descubrimientos en el campo de los láseres de alta intensidad y los fenómenos de campo alto. El congreso proporciona un espacio para discusiones, presentaciones y colaboraciones entre expertos en diversas disciplinas, incluyendo física, óptica, ingeniería y ciencia de materiales. A través de discursos principales, sesiones de paneles y talleres, HILAS facilita el intercambio de conocimientos y fomenta la innovación en este campo en constante evolución.

Se han presentado los siguientes trabajos:

  • Simulating Macroscopic High-order Harmonic Generation Driven by Structured Laser Beams Using Artificial Intelligence, Carlos Hernandez-Garcia; Universidad de Salamanca, Spain.
    • Employing artificial intelligence, we integrate microscopic quantum computations based on the time dependent Schrödinger equation with macroscopic physics, to unveil hidden signatures in the ultrafast electronic dynamics of high-order harmonic generation by structured laser beams.
  • Compact Generation of Isolated Attosecond Pulses Driven by Self-compressed Subcycle Waveforms, Marina F. Galán1, Javier Serrano1, Enrique Conejero Jarque1, Rocío Borrego-Varillas2, Matteo Lucchini3, Maurizio Reduzzi3 , Mauro Nisoli3 , Christian Brahms4, John C. Travers4, Carlos Hernandez-Garcia1, Julio San Roman1; 1 Universidad de Salamanca, Spain; 2 IFN-CNR, Italy; 3 Politecnico di Milano, Italy; 4 Heriot-Watt University, United Kingdom.

We theoretically demonstrate a compact and robust scheme for the direct generation of extreme ultraviolet isolated attosecond pulses from high-order harmonics driven by self-compressed subcycle waveforms produced in a gas-filled hollow capillary fiber.

  • Generation of high-order harmonic spatiotemporal optical vortices, Rodrigo Martín Hernández1,2, Guan Gui3, Luis Plaja1,2, Henry K. Kapteyn3, Margaret M. Murnane3, Miguel A. Porras4, Chen-Ting Liao3,5, Carlos Hernandez-Garcia1,2; 1 Grupo de Investigación en Aplicaciones del Láser y Fotónica. Departamento de Física Aplicada, Universidad de Salamanca, Spain; 2 Unidad de Excelencia en Luz y Materia Estructuradas (LUMES), Universidad de Salamanca, Spain; 3 JILA and Department of Physics, University of Colorado and NIST, USA; 4 Grupo de Sistemas Complejos, ETSIME, Universidad Politécnica de Madrid, Spain; 5 Department of Physics, Indiana University, USA.

We theoretically and experimentally demonstrate the generation of high-topological charge, extreme-ultraviolet (EUV) spatiotemporal optical vortices (STOV) from high-order harmonic generation. EUV-STOVs are unique structured light tools for exploring ultrafast topological laser-matter interactions.

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CSI Zamora-Salamanca: reconstruyendo pulsos vectoriales con amplitude swing

Caracterizar temporalmente pulsos láser ultracortos (en la escala del femtosegundo, i.e., 10-15 segundos) es como reconstruir la escena de un crimen: los pulsos de luz son tan rápidos que no podemos pillarlos in fraganti, sólo podemos reconstruirlos a partir de las pistas que nos dejan.

Típicamente se trabaja con pulsos escalares polarizados linealmente, en los que el estado de polarización es constante en el tiempo (la polarización hace referencia a la trayectoria que describe la luz en el plano transversal). Para identificar a este tipo de pulsos, se necesita conocer su amplitud o intensidad y su fase. Existe otro tipo de pulsos en los que la polarización varía temporalmente, conocidos como pulsos vectoriales. Éstos son más complejos que los escalares, y necesitamos conocer la amplitud y fase de sus dos componentes, y la fase relativa entre ellas. Si identificar un pulso escalar es equivalente a identificar a un criminal, conocer un pulso vectorial sería equivalente a conocer a una banda compuesta por dos criminales, y, además, la relación que existe entre ellos.

Un tipo de técnicas de caracterización se basan en medir el espectro de una señal no lineal mientras el pulso sufre algún tipo de modificación. En la técnica amplitude swing (a-swing), desarrollada por investigadores del grupo ALF, se generan dos réplicas del pulso a medir, retardadas temporalmente entre sí, y se mide el espectro de segundo armónico (se dobla la frecuencia) para distintas amplitudes relativas de dichas réplicas. Así, se obtiene una traza bidimensional (un mapa en el que el color representa la intensidad), que es como una huella dactilar del pulso. En algunas técnicas se dan ambigüedades, es decir, dos pulsos distintos generan la misma traza, como si dos personas tuvieran la misma huella dactilar. Mediante algoritmos, se pueden extraer la información del pulso que genera la traza (nuestra pista).

La mayoría de las técnicas sólo permiten caracterizar pulsos escalares. Si queremos reconstruir un pulso vectorial con una de estas técnicas necesitamos varias trazas, es decir, varias huellas. Por el contrario, una única traza de a-swing contiene la información necesaria para identificar un pulso vectorial. Además, estas trazas se obtienen con un montaje en línea, compacto y versátil.

En este trabajo, analizamos las trazas de a-swing analítica y numéricamente para estudiar cómo se codifica la información de los pulsos vectoriales, y desarrollamos una estrategia para extraerla. Ésta se aplica a trazas simuladas y experimentales, demostrando que se puede reconstruir un pulso vectorial a partir de su traza a-swing. Si no quieren ser cazados, deberán evitar dejar este tipo de huellas…

Más información en: 

Cristian Barbero, Benjamín Alonso, and Íñigo J. Sola, «Characterization of ultrashort vector pulses from a single amplitude swing measurement,» Opt. Express 32, 10862-10873 (2024) https://doi.org/10.1364/OE.515198
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adminCSI Zamora-Salamanca: reconstruyendo pulsos vectoriales con amplitude swing

Attociencia

Los destellos de luz más rápidos que podemos producir de forma controlada no duran mas que unas cuantas trillonésimas de segundo o, lo que es lo mismo, unos cuantos attosegundos. Con ellos podemos observar cómo se desarrollan los procesos electrónicos en los átomos y moléculas. La attofísica ha emergido como un nuevo ámbito en el estudio de la naturaleza, pero ¿cómo hemos llegado hasta aquí? Este artículo narra el esfuerzo colectivo para llegar a producir pulsos de luz de duraciones progresivamente más cortas, merecedor del Premio Nobel de Física del año 2023. Una apasionante historia jalonada de hitos, cambios de paradigma e inspiración que nos proporciona un nuevo relato sobre el apasionante desarrollo del progreso científico. 

Más información en:
L. Plaja, «Attociencia», Revista Española de Física 37-4, 49 (2023) 

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Desencadenando dinámicas magnéticas ultrarrápidas usando luz estructurada

En las últimas décadas ha surgido un gran interés en la posibilidad de controlar las propiedades magnéticas de muestras materiales en tamaños nanométricos, con el objetivo primordial de desarrollar memorias de alta densidad, ultrarrápidas y de bajo impacto energético. Desde finales de la década de los 90 se ha estudiado ampliamente la posibilidad de controlar, y específicamente de desmagnetizar, muestras magnéticas empleando pulsos láser en el rango de femtosegundos. Sin embargo, los tiempos característicos se ven limitados por los efectos térmicos, imponiendo restricciones al tiempo necesario para lograr la dinámica deseada.

Recientemente hemos estudiado la posibilidad de inducir un cambio (switching) en la magnetización usando exclusivamente un campo magnético polarizado circularmente. Este enfoque se basa en generar una dinámica no lineal en la magnetización inducida por un campo magnético circular, eludiendo las limitaciones impuestas por los efectos termodinámicos y abriendo la posibilidad de obtener efectos dinámicos en la magnetización en regímenes sub-femtosegundo. 

La obtención de un campo magnético circular ultrarrápido no es trivial, aunque gracias al gran zoo que componen los haces estructurados es, hoy en día, factible. Gracias a los denominados haces vectoriales, y en concreto a los que se encuentran polarizados acimutalmente, es posible obtener distribuciones de campo magnético aislado. Estos intrigantes haces presentan una estructura de intensidad en forma de anillo, anulándose el campo eléctrico en el centro de la distribución. Asombrosamente, en esta región espacial existe una contribución del campo magnético polarizado longitudinalmente, localmente aislado de la distribución del campo eléctrico. Empleando dos haces vectoriales polarizados acimutalmente y propagándose en una configuración no colineal, estando debidamente desfasados, en la región de intersección es posible generar dicho campo magnético circularmente polarizado en un espacio del tamaño de la muestra, región donde se podría estudiar esta dinámica magnética ultrarrápida y no lineal. 

Una vez más se demuestra cómo la luz estructurada se erige en una autentica navaja suiza para el estudio y control de todo tipo de procesos y en un amplio abanico de ámbitos del mundo de la física. 

Mas información en:

Sánchez-Tejerina, L., Martín-Hernández, R., Yanes, R., Plaja, L., López-Díaz, L., \& Hernández-García, C. (2023). All-optical nonlinear chiral ultrafast magnetization dynamics driven by circularly polarized magnetic fields. High Power Laser Science and Engineering, 11, E82. doi: 10.1017/hpl.2023.71
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