Отслеживание электронов на пространственно-временном пределе

Динамика электронной волновой функции часто оказывает нетривиальное влияние на её пространственное распределение, например при туннелировании или формировании химических связей. Для выявления пространственно-временной связи требуется ультрабыстрая видеография на внутреннем масштабе электронной волновой функции, так называемом пространственно-временном пределе. В настоящей работе мы экспериментально получаем доступ к собственной квантовой динамике отдельных электронов на этом пределе во время их туннелирования через энергетический барьер, используя световую сканирующую туннельную микроскопию с атомарным разрешением и аттосекундной временной разрешающей способностью. Модулируя туннельный барьер двумя временно задержанными ближнеинфракрасными импульсами, формирующими фазово управляемые одноцикловые волновые формы, мы выявляем изолированные туннельные переходы электронов короче 1 фс. Измеренное пространственное распространение зависит от взаимодействия многоквантовой (мультифотонной) и полевого управления динамикой, что подтверждается полными квантовыми моделированиями. Экспериментально мы локализуем туннельный волновой пакет, сжатый до аттосекунд, на ангстремном масштабе и используем его для картирования одиночного адатома меди на поверхности серебра. Такое объединение аттосекундной науки с атомно-разрешающей сканирующей туннельной микроскопией позволяет исследовать динамику волновых функций внутри атомов, молекул и твердых тел.