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史上最短电子脉冲问世

稿件来源:中国科学报 责任编辑:ICAC 发布时间:2023-01-31

  德国科学家捕捉到一个破纪录的最短电子脉冲——仅有53阿秒(1阿秒为10-18秒)。其速度之快足以让更精确的电子显微镜在原子水平上捕捉清晰、静止的图像,而不是模糊的图像。它还可以加快计算机芯片的数据传输速度。相关论文1月25日发表于《自然》。

  电子脉冲被用来表示计算机内部数据或在电子显微镜中捕捉图像。脉冲越短,信息传输速率就越高。罗斯托克大学的Eleftherios Goulielmakis等研究人员一直致力于尽可能缩短这种脉冲的长度。

  普通电路内电场产生的电子脉冲受到电子在物质内振荡频率的限制。Goulielmakis说,一个脉冲至少需要持续半个周期的振荡,正是这个周期为电子创造了“推动力”。

  而光的振荡频率要高得多,所以Goulielmakis团队一直在使用短时间的光爆发来触发电子脉冲。2016年,该团队创造了一道持续时间仅为380阿秒的可见光。现在,该团队使用同样的技术将激光聚焦,并将电子从钨针的尖端打到真空中。

  他们探测到的53阿秒电子脉冲甚至比引发它的光脉冲还要短。Goulielmakis说,按照玻尔的氢原子模型,它持续的时间是氢原子中一个电子绕原子核公转所需时间的1/5。

  如此短的电子脉冲可以使电子显微镜聚焦在更短的时间片段上,类似于降低相机的快门速度,从而更清晰地揭示粒子的运动。

  “有时(在电子显微镜图像中)你会看到原子有点模糊。这不一定是因为它们的分辨率不高,而是因为电子在某个特定点上没有静止,在原子周围形成一团云。而阿秒电子脉冲将有助于增强分辨率,以捕获运动中的电子。”

  Goulielmakis说:“如果使用阿秒电子脉冲创建电子显微镜,那么我们不仅有足够的分辨率观察运动中的原子,甚至还可以看到电子如何在这些原子之间跳跃。这将是一件令人兴奋的事。”

  相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05577-1

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