Dombi Péter az MTA doktora, az MTA Lézerfizikai Bizottságának elnöke, aki kutatóprofesszorként a HUN-REN Wigner Fizikai Kutatóközpontban dolgozik, emellett a szegedi Extreme Light Infrastructure (Extrém Fényimpulzus Forrás, ELI) Lézeres Kutatóintézet tudományos osztályvezetője. Munkatársaival olyan miniatűr optikai eszközt fejlesztettek ki, amellyel mérhetők az ultrarövid időtartamú lézernyalábok tulajdonságai. Eredményeikről a Nature Communications című rangos szaklapban tavaly jelent meg közlemény. Kutatásaik lehetőséget teremtenek az elektronikus áramköröknél gyorsabb rendszerek kifejlesztésére, ami a távolabbi jövőben akár optikai számítógépek építését is lehetővé teszik.

– Hogyan lett lézerfizikus?

– Szegeden végeztem az egyetemet, ahol az optika és a lézerfizika az ottani erősségek közé tartozott. Nagy hatással voltak rám Szabó Gábor professzor előadásai, ezután jelentkeztem demonstrátornak az Optika Tanszékre. Negyedévesként pedig lehetőséget kaptam arra, hogy másfél évet a Rutherford Appleton Laboratóriumban dolgozzak, lézeres K+F projekteken. Ezzel tulajdonképpen el is dőlt a kérdés. Ennek köszönhető az is, hogy a diplomaszerzés után a Bécsi Műszaki Egyetemre jelentkeztem doktorandusznak Krausz Ferenchez, akitől szintén nagyon sokat tanultam a lézerekről.

– Milyen hatást gyakorolt Önre Krausz Ferenc professzor?

– Egyrészt nagyon széles látókörű fizikus, aki a modern fizika sok területét jól átlátja és rálát a legfontosabb tudományos kérdésekre nem-csak a szűken vett fizikai kutatásokban, hanem több interdiszciplináris területen is. Másrészt pedig nagyon dinamikus, inspiráló egyéniség, motivációt adott a kutatómunkához és a kutatói pályán maradáshoz is. Akkoriban a bécsi kutatócsoportja 10-12 főből állt, így szerencsére napi szinten tudtam vele átbeszélni és kiértékelni a legfrissebb laboreredményeket.

– Miért fontos megmérni a lézerimpulzusok fázisát? Mennyiben fontos elméleti szempontból és van-e lehetséges gyakorlati alkalmazása?

– Az új mérési módszerünknek elsősorban az ELI-hez hasonló nagy lézerberendezések üzemeltetése kapcsán van jelentősége. Egyáltalán nem mindegy ugyanis, hogy amikor egy intenzív lézernyaláb kölcsönhatásba lép valamilyen anyaggal, akkor azt milyen fázissal, azaz a rezgés (a hullám) melyik pillanatában teszi, hiszen ez dönti el azt, hogy hogyan irányítja a lézerfény elektromos tere az anyagban lévő elektronokat. A létrehozott optikai eszköz gyakorlati jelentősége tehát jelenleg elsősorban a kísérleti lézerberendezésekkel kapcsolatos, azonban a későbbiekben a továbbfejlesztésükkel ultragyors optikai kapcsolókat is alkothatunk, melyeknek az elektronikus jelfeldolgozás vagy akár a számítógépes logikai műveletek sebességének jelentős növelésében lesz szerepük.

– A Nature Communicationsben megjelent cikkben felmerül a „vivő-burkoló fázis” kifejezés. Mit jelent ez a lézerfizikában?

– Ennek a megértéséhez a lézerimpulzus fogalmából kell kiindulnunk: egy ultrarövid lézerfény-felvillanást úgy lehet elképzelni, hogy a fény elektromos tere gyakorlatilag csak néhány rezgés erejéig van jelen. És még az sem egyenletesen, mert egy ilyen lézerimpulzus sem egyből maximális erősségű, hanem az alakja haranggörbéhez hasonlít. Így egyáltalán nem mindegy, hogy a haranggörbe alatti rezgések csúcsa pontosan hová esik a haranggörbe csúcsához képest. Magyarán, hogy a haranggörbe teteje pont milyen fázisnál „kapja el” a hullámot. A kettő közötti különbség gyakorlatilag a vivő-burkoló fázis, és ennek a megfelelő kontrollálása a modern femtoszekundumos fényfelvillanásokat adó lézerrendszerek technológiájának központi eleme.

Egy femtoszekundum (1 fs) a másodperc milliárdod részének a milliomod része (10^-15 s); ennyi idő alatt a fény egy vírus átmérőjével egyenlő hosszúságú utat tesz meg. Az 1 fs időtartamú impulzus annyira rövid, sem az eltalált felületnek, sem pedig a közvetlen környezetének nincs ideje felmelegedni. Ezért a femtoszekundumos lézerimpulzusok alkalmazást nyerhetnek szemészeti műtétekben, fogorvosi beavatkozásokban és precíziós mechanikai megmunkálásban is, például dízelmotorok befecskendezőnyílásainak gyártásában.

– Az új eszközzel, ami a fázisszkenner nevet kapta, könnyen jellemezhetők a lézernyalábok – nyilatkozta az egyik munkatársa, Václav Hanus. Mi volt a lézernyalábok jellemzésének eddigi módszere és milyen módon könnyíti meg ezt a feladatot a fázisszkenner?

– A femtoszekundumos lézerekkel végzett kísérletek egy részénél kulcsfontosságú, hogy a lézerimpulzusunknak megfelelő legyen a vivő-burkoló fázisa. Ezt a jellemzőt korábban csak bonyolult vákuumkamrák segítségével tudták mérni, ráadásul nagyon rossz térbeli felbontással. Az általunk bevezetett optikai eszköz segítségével azonban háromdimenziós térképeket alkothatunk erről a fontos paraméterről már viszonylag gyenge lézernyalábok fókuszpontja környékén is, ezzel segítve a legkorszerűbb lézerrendszerek működtetését és továbbfejlesztését.

– Az optikai eszköz előállítása átfogó csapatmunka eredménye, amelyben együttműködtek a jénai Fraunhofer Intézet és a szegedi ELI Lézerközpont nanofabrikációs laboratóriumainak kutatói, a fázisszkennelési kísérletek helyszíne pedig Budapest volt. Hogyan sikerült a három helyszínen végzett munkát hatékonyan összehangolni?

– Mindhárom intézetben nagyon motivált és érdeklődő kollégákkal van szerencsém együttműködni. Ilyen inspiráló környezetben a projektvezető dolga is egyszerű, hiszen a megbeszéléseinket gyorsan követik a laboreredmények vagy a közösen egyeztetett nanostruktúrák legyártása.

Manapság a kutatóhelyek távolságának szerencsére már kisebb jelentősége van, és a kutatásban nem szokatlan a különböző érdekes minták akár más kontinensre történő küldése. Az ELI-ben például már a koronavírus-járvány alatt kialakítottuk az úgynevezett remote user (távoli felhasználói) kísérleti rendszert, melynek éppen az a lényege, hogy a felhasználók csak a mintáikat küldik el, melyekkel azután a szegedi kollégáim a felhasználó elvárásai szerint végeznek kísérleteket az ELI-ben rendelkezésre álló lézerek segítségével.

– Az előző, szintén a Nature Communicationsben megjelent szakközleményben leírták az eddigi legérzékenyebb módszert a forró elektronok vizsgálatára. Tényleg forró lehet egy elektron?

– A forró elektronok olyan elektronok, amelyeknek nagyon rövid ideig tartó, speciális energiaeloszlásuk van, amit például lézerfénnyel is előidézhetünk. Kifejlesztettünk egy olyan új módszert, amellyel a forró elektronok jelenlétét rendkívül érzékenyen észlelhetjük – ehhez pedig szintén a lézereket hívtuk segítségül. Nagyon leegyszerűsítve a módszert: a forró elektronok jelenléte megváltoztatja az anyag törésmutatóját, ezt pedig nagyon érzékenyen tudjuk mérni. Az ilyen elektronok fontos szerepet játszhatnak olyan optikai szenzorok érzékenyebbé tételében, amelyekkel bizonyos molekulák jelenlétét lehet detektálni felületek közelében, de akár a későbbiekben a napelemekben keltett forró elektronok érzékelésére is tudunk majd kísérleteket végezni. Ha olyan félvezetőeszközöket tudunk előállítani, ahol a forró elektronok keltését és mozgását optimalizálni tudjuk, akkor a napelemek hatásfokának a növelése vagy a napelemek vékonyabbá tétele is megvalósítható lesz.

Lőwy Dániel

Az interjú a Nemzeti Innovációs Ügynökség közreműködésével készült.