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科研利器誕生！阿秒顯微鏡精確捕捉電子動態
2024年09月09日 09:47:29
來源：化工儀器網 作者：宋池 點擊量：9187
亞利桑那大學研發出全球最快阿秒顯微鏡，能夠定格電子運動瞬間，為物理學、化學、材料科學等領域帶來突破性進展。
【化工儀器網 項目成果】美國亞利桑那大學的一支科研團隊近日宣布，他們成功開發出世界上速度最快的阿秒顯微鏡，這一革命性成果能夠以前所未有的精度抓拍運動電子的定格圖像，為物理學、化學、生物工程及材料科學等多個領域的研究開辟了全新的可能性。相關研究成果已發表在最新一期的《科學進展》雜志上，引起了國際學術界的廣泛關注。
傳統上，透射電子顯微鏡(TEM)作為探索微觀世界的“超級放大鏡”，能夠將物體放大至數百萬倍，其獨特的電子束成像技術使得科學家能夠深入觀察物質的內部結構。然而，面對高速運動的電子，傳統的顯微鏡技術往往顯得力不從心。為了突破這一限制，亞利桑那大學的研究團隊創新性地結合了超快激光技術與電子顯微鏡，打造出了一款前所未有的阿秒顯微鏡。
這款顯微鏡的核心在于其獨特的超快電子脈沖生成技術。研究團隊通過精密的激光操控，將強大的激光束分裂并轉化為兩個超短光脈沖：一個作為泵浦脈沖，負責激發樣品中的電子運動；另一個則作為光門控脈沖，其精準的定時功能如同精密的時間之門，僅允許持續時間為1阿秒(1阿秒等于十億分之一秒的一億分之一)的單個電子脈沖通過，從而實現了對電子運動瞬間的精準捕捉。
這一創新不僅極大地提升了顯微鏡的時間分辨率，還使得科學家們首次能夠直接觀察到電子在物質中的動態行為，這對于理解物質的基本性質、化學反應機理以及生物分子間的相互作用等具有重大意義。正如高速攝像機能夠捕捉運動員的每一個細微動作，這款阿秒顯微鏡也讓科學家們得以窺見微觀世界中電子的“舞蹈”。
阿秒顯微鏡的問世，不僅為物理學研究帶來了新的突破點，更在化學、材料科學、生物學等多個領域展現出巨大的應用潛力。在材料科學領域，它有助于揭示電子在不同材料中的運動規律，為設計更高效的半導體器件提供理論支持；在化學研究中，觀察化學反應過程中電子的重新排列，則為催化劑設計和新藥開發開辟了新路徑。
尤為引人注目的是，阿秒顯微鏡在量子計算領域的應用前景。量子計算機的核心——量子比特的狀態與演化，與電子行為緊密相連。通過精確控制和測量電子的運動，科學家們有望更深入地理解量子計算過程，推動量子計算技術的快速發展，開啟計算科學的新紀元。
素材來源：科技日報
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