史上最短电子脉冲问世

作者: 李木子

来源: 中国科学报

发布日期: 2023-01-30

德国科学家捕捉到史上最短的53阿秒电子脉冲,这一突破将极大提升电子显微镜的分辨率和计算机芯片的数据传输速度。

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》。迄今为止最短电子脉冲被记录下来。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。”

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