科學(xué)家創(chuàng)建迄今最短電子脈沖：僅持續(xù)53阿秒 2023-01-30
英國《自然》雜志網(wǎng)站近日報(bào)道，德國科學(xué)家已創(chuàng)造出迄今最短的電子短脈沖，其持續(xù)時(shí)間僅為53阿秒，速度之快足以讓顯微鏡捕捉到電子在原子間跳躍的圖像。研究團(tuán)隊(duì)表示，最新突破有望催生更精確的電子顯微鏡，在原子尺度上捕捉清晰的圖像，還可加快計(jì)算機(jī)芯片中數(shù)據(jù)的傳輸速度。
電子脈沖用于表示計(jì)算機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)或被電子顯微鏡用于捕捉圖像，脈沖越短，信息被傳輸?shù)乃俣仍娇?，研究人員一直致力于盡可能縮短電子脈沖的持續(xù)時(shí)長。
普通電路內(nèi)的電場產(chǎn)生的電子脈沖受限于電子在物質(zhì)內(nèi)振蕩的頻率。一個(gè)電子脈沖至少需要持續(xù)半個(gè)振蕩周期，因?yàn)檎沁@種振蕩周期為電子產(chǎn)生了“推動(dòng)力”。而光能以更高頻率振蕩，因此研究人員一直嘗試使用短脈沖光來觸發(fā)電子脈沖。
2016年，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了持續(xù)時(shí)間僅為380阿秒的可見光閃爍。借助同樣的技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)聚焦激光，從鎢針尖端剝落電子并將其打到真空中，獲得了持續(xù)時(shí)間僅53阿秒的電子脈沖。
研究人員表示，他們探測到的53阿秒電子脈沖甚至比引發(fā)它的光脈沖還要短。根據(jù)玻爾的氫原子模型，這一持續(xù)時(shí)間僅為氫原子中電子繞其原子核運(yùn)行一周所需時(shí)間的1/5。
如此短的電子脈沖可使電子顯微鏡及時(shí)聚焦于較短的切片上，類似于降低相機(jī)的快門速度，從而更清晰地揭示粒子的運(yùn)動(dòng)。研究人員稱，如果利用此次獲得的阿秒電子脈沖創(chuàng)建電子顯微鏡，不僅有足夠的分辨率來觀察運(yùn)動(dòng)中的原子，甚至可看到電子在這些原子之間是如何跳躍的。