Τη δημιουργία του ταχύτερου ηλεκτρονικού σήματος που επιτεύχθηκε ποτέ στην ιστορία πέτυχε πρόσφατα μια ομάδα επιστημόνων στη Γερμανία. Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης, o ευρηματικός ομογενής φυσικός που διαπρέπει τα τελευταία χρόνια στο εξωτερικό και ανοίγει νέους δρόμους στα πεδία της κβαντικής φυσικής. 

Το ηλεκτρονικό σήμα (παλμός) διήρκεσε μόλις 53 αττοδευτερόλεπτα, δηλαδή 53 δισεκατομμυριοστά του δισεκατομμυριοστού του δευτερολέπτου. Ο ανθρώπινος νους δεν είναι εύκολο να συλλάβει πόσο απειροελάχιστο είναι αυτό το χρονικό διάστημα, ωστόσο αξίζει να σημειωθεί ότι πρόκειται για ένα παγκόσμιο ρεκόρ στον ανθρώπινο έλεγχο ηλεκτρονικών ρευμάτων στα στερεά υλικά που μπορεί να συμβάλλει σημαντικά σε καλύτερες επιδόσεις στις επιστήμες των ηλεκτρονικών και της πληροφορικής, καθώς και στην παρακολούθηση φαινομένων του μικρόκοσμου. 

Οι ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ρόστοκ και το Ινστιτούτο Φυσικής Μαξ Πλανκ στη Στουτγκάρδη, με υπεύθυνο τον Ελευθέριο Γουλιελμάκη, καθηγητή Φυσικής και επικεφαλής της ομάδας Ακραίας Φωτονικής στο Ρόστοκ, έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature». Η ταχύτητα του σήματος που μπόρεσαν να επιτύχουν είναι τόσο μεγάλη που θα μπορούσαν να «απογειώσουν» τόσο την ταχύτητα ενός υπολογιστή ή κάποιας ηλεκτρονικής συσκευής, που εξαρτάται από το πόσο γρήγορα κινούνται τα ηλεκτρόνια μέσα στο τρανζίστορ των μικροεπεξεργαστών, όσο και την ακρίβεια των ηλεκτρονικών μικροσκοπίων. Οσο πιο γρήγοροι είναι οι παλμοί των ηλεκτρονίων που χρησιμοποιούνται, τόσο υψηλότερος είναι και ο ρυθμός μετάδοσης των πληροφοριών στα «τσιπάκια» των υπολογιστών και η ποιότητα των εικόνων στα μικροσκόπια.

Σύμφωνα με τον Ελληνα επιστήμονα, ο οποίος εργάζεται εδώ και χρόνια πάνω σε αυτόν τον στόχο, «ο ηλεκτρονικός παλμός αττοδευτερολέπτων θα βοηθήσει προκειμένου η ανάλυση της εικόνας ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου να είναι αρκετά γρήγορη, ώστε να καταγράψει τα ηλεκτρόνια εν κινήσει. Αν δημιουργήσουμε ηλεκτρονικά μικροσκόπια που χρησιμοποιούν ηλεκτρονιακούς παλμούς αττοδευτερολέπτων, τότε θα έχουμε επαρκή ανάλυση όχι μόνο για να δούμε τα άτομα σε κίνηση, κάτι που είναι ασφαλώς συναρπαστικό, αλλά να δούμε ακόμη και τα ηλεκτρόνια να πηδάνε μεταξύ των ατόμων».

«Ο ηλεκτρονικός παλμός αττοδευτερολέπτων θα βοηθήσει προκειμένου η ανάλυση της εικόνας ενός ηλεκτρονικού μικροσκοπίου να είναι αρκετά γρήγορη, ώστε να καταγράψει τα ηλεκτρόνια εν κινήσει».

«Η άμεση και αποτελεσματική χρήση νέων υλικών στην τεχνολογία της πληροφορίας, στην χημεία και στην προστασία του περιβάλλοντος εξαρτάται σημαντικά από την λεπτομερή κατανόηση των ιδιοτήτων των υλικών αυτών. Έχουμε την πεποίθηση ότι οι υπερταχείς παλμοί ηλεκτρονίων μπορούν να παίξουν σημαντικό ρόλο στην αποκάλυψη πολλών μυστικών του μικρόκοσμου», πρόσθεσε ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης.

Συνθέτοντας τα κύματα του φωτός

Αυτή δεν ήταν η πρώτη σημαντική διάκριση του διαπρεπούς καθηγητή Φυσικής. Το 2012 επιλέχθηκε από την Γερμανική Φυσική Εταιρεία (DPG) για το βραβείο Gustav Hertz που στοχεύει στην αναγνώριση πρόσφατων επιστημονικών επιτευγμάτων από νέους φυσικούς. Στον Ελληνα επιστήμονα απονεμήθηκε για την εξαιρετική του συμβολή στον τομέα της αττοφυσικής, και πιο συγκεκριμένα για την έρευνα του που αφορά στον έλεγχο των κυμάτων του φωτός καθώς και την χρήση αυτών των κυμάτων για την μελέτη της κίνησης των ηλεκτρονίων στο εσωτερικό της ύλης. Η έρευνα αυτή άνοιξε τον δρόμο για εφαρμογές και τεχνολογίες σε νανοσκοπική κλίμακα με πρωτοφανή ακρίβεια.

Γεννηθείς στο Ηράκλειο της Κρήτης, ο Ελευθέριος Γουλιελμάκης πήρε το πτυχίο του και το μεταπτυχιακό του τίτλο σπουδών από το τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης. Συνέχισε τις μεταπτυχιακές του σπουδές σε Αυστρία και Γερμανία και το 2005 απέκτησε το διδακτορικό του δίπλωμα από το Πανεπιστήμιο του Μονάχου.

Στη συνέχεια εργάστηκε ως ερευνητής στο τομέα αττοφυσικής του Ινστιτούτου κβαντικής οπτικής του Μαξ Πλανκ ενώ αργότερα, στο ίδιο ινστιτούτο, ίδρυσε την ερευνητική ομάδα «Αττοηλεκτρονική».

Ενα από τα σημαντικότερα επιστημονικά επιτεύγματά του είναι η δημιουργία το 2008 των πιο βραχέων εκλάμψεων ακτίνων Χ (φλας) που διαρκούν λιγότερο από 100 αττοδευτερόλεπτα, καθώς και την χρήση τους στην παρατήρηση της κίνησης των ηλεκτρονίων μέσα σε άτομα το 2010.

Τα τελευταία χρόνια, ο Δρ. Γουλιελμάκης και η ομάδα του εστίασαν τις προσπάθειες τους στην ανάπτυξη του πρώτου συνθεσάιζερ φωτεινών κυμάτων, μια πειραματική συσκευή που θα συνθέτει τα κύματα του φωτός, όπως το γνωστό μουσικό όργανο συνθέτει μουσική.

Το 2016 η ομάδα του με επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck (MPI) της Κβαντικής Οπτικής στο Garching της Γερμανίας, από το Πανεπιστήμιο Texas A & M στο Τέξας, και από το Κρατικό Πανεπιστήμιο Λομονόσοφ της Μόσχας, ανακάλυψαν ότι τα ηλεκτρόνια σε κρυπτό-άτομα χρειάζονται λίγο περισσότερο από 100 attoseconds (αττοδευτερόλεπτα) για να ανταποκριθούν στους εξαιρετικά σύντομους παλμούς φωτός. Ηταν η πρώτη άμεση μέτρηση της έμφυτης νωθρότητας του ηλεκτρονίου. Η σχετική δημοσίευση έγινε επίσης στο περιοδικό «Nature». Μεταξύ άλλων διακρίσεων, το 2007 τιμήθηκε με το βραβείο «Γ. Φωτεινού» της Ακαδημίας Αθηνών. Σήμερα είναι καθηγητής του Πανεπιστημίου του Ρόστοκ.