超快显微镜观察并加快量子世界活动

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  最新一项高速微观相机技术,能以HD画质录影单个原子周围所有的电子、在几百阿秒这样短暂时间段内的活动情况。研究者称,除了录影微观粒子活动,这项技术还对粒子特性产生实际的影响,为开发速度是现在电子设备数百万倍的光波电子设备铺平道路。

超快显微镜观察并加快量子世界活动

  量子世界内粒子的活动,对所有的物理学家都是挑战。比如,现代电脑处理器和智能手机芯片内部的运作情况,不仅发生在极短的时间段内,而且发生在极其微观的空间中。要想不断优化这些微小元件,能够“看到”在极短时间段内微观世界中的影像将是辅助研究的利器。

  在这之前,最先进的技术拍到的阿秒瞬间的电子图像,背景很模糊,看不到电子的具体位置。德国马普所固态研究中心发明的这项新技术,利用超短激光脉冲结合扫描隧道显微镜,能够看到电子的确切位置。

  研究者加格说,描隧道显微镜可以看到单个原子的情况,但是追踪的时间尺度不够小。“扫描隧道显微镜和超快脉冲相结合,两种技术互补展现很大的优势。”

  有了这项技术,物理学家可测量一个特定时间点内、单个原子周围电子的具体位置,精确到几百个阿秒,可用于观察分子的化学反应。

  比如,在高能光波的作用下,某些分子由于损失了其中一个电子,使得剩余的带电载体要重新调整,可能就触发与其他分子的某种化学反应。“录影分子的实时活动,对了解化学活动,以及光能在电子、离子这些带电粒子内的转换过程至关重要。”马普所固态研究中心主任克恩说。

  这项技术不仅录影量子世界的活动,还对粒子的活动产生实际的影响,可有效加速电荷载体。

  “今天的电脑,电子震荡频率为10亿赫兹,”克恩说,“使用超快光脉冲,有可能将频率提升至万亿赫兹。”这为速度可达今天电脑数百万倍的光波电子技术铺平了道路。

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