联盟动态

携起手来 共同奋斗

News

Center

联盟动态

Alliance dynamics

《Nature》:史上最短电子脉冲问世!仅持续 53 阿秒

来源:admin

据悉,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的负十八次方秒)相关论文1月25日以“Attosecond field emission”为题发表于《Nature》上。



迄今为止最短电子脉冲被记录下来。
研究团队表示,最新突破有望催生更精确的电子显微镜,在原子尺度上捕捉清晰的图像,还可加快计算机芯片中数据的传输速度。


普通电路内的电场所产生的电子脉冲受到电子在物质内振荡的频率的限制。一个脉冲需要持续这些振荡的至少半个周期,因为正是这个周期为电子创造了一个“推动力”。而光的振荡频率要高得多,所以德国罗斯托克大学研究人员一直在使用短促的光来触发电子脉冲。


研究人员聚焦激光,从钨针尖端剥落电子并将其打到真空中,获得了持续时间仅53阿秒的电子脉冲。

  研究人员表示,探测到的53阿秒电子脉冲甚至比引发它的光脉冲还要短。根据玻尔的氢原子模型,这一持续时间仅为氢原子中电子绕其原子核运行一周所需时间的五分之一。



图1:强场亚周期光脉冲。a,实验设置的简化示意图。子周期脉冲(橙色曲线)通过双凹面镍镜模块进行空间分离和聚焦。通过压电级引入了内外反射镜反射的脉冲之间的时间延迟。钨纳米尖端(尖端半径约35纳米)或氖原子的气体射流可以定位在激光聚焦中。发射的电子能谱由一个飞行时间光谱仪(接受角约6°)记录,该光谱仪位于电子源下游约3毫米处,并沿激光偏振轴对齐。插图显示,由绿色阴影曲线标记的电子(i)被释放,并被强烈的激光场加速,形成电子脉冲,回转纳米尖端表面,(ii)可以研究动力学和结构。在尖端表面后向散射时,电子脉冲被激光进一步加速以逃离相互作用区域。b,每脉冲总电子产率随驱动激光脉冲峰值强度(黄点)增加的函数及其在对数尺度上的线性拟合(紫色线)。c,来自钨纳米尖端的电子能谱与峰值强度的关系。星点表示截止能量。黑色和灰色虚线显示了截止能量与激光脉冲入射峰值强度的线性拟合。d,来自钨纳米尖端(红色曲线)和氖原子(蓝色曲线)的光学发射电子能谱具有几乎相同的峰值强度(约40 TW cm2)。e,和c一样,不过是氖原子。


如此短的电子脉冲可使电子显微镜及时聚焦于较短的切片上,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。研究人员称,如果利用此次获得的阿秒电子脉冲创建电子显微镜,不仅有足够的分辨率来观察运动中的原子,甚至可看到电子在这些原子之间是如何跳跃的。




图2:光场发射中阿秒电子脉冲的测量。a,b,实验记录(a)和重建(b) 纳米尖端的HAS光谱图。c,电子脉冲光谱(洋红色填充)及其光谱相位(红色曲线)。d,电子脉冲的强度剖面(洋红色填充)及其时间相位(红线)。e,近场(红色曲线)及其相对于阿秒电子脉冲的时间(洋红色填充)。f,阿秒电子脉冲的时频分析和检索到的释放时间(黑色曲线)。红色虚线曲线表示e中近场光波形半经典计算的释放时间。


图3:实验设置。


图4:测量模块

本文提出的技术可以提供广泛的科研能力,用于跟踪沉积或附着在钨纳米尖上的各种材料以及气相系统中的相关电子动力学。重新碰撞的电子脉冲还应能够在纳米尖端进行阿秒分辨率的激光诱导电子衍射实验,以及在距离尖端尖端纳米距离的样品中进行纳米衍射原位实验。这种可能性为探索四维凝聚态的结构和动力学提供了新的途径。为阿秒物理和纳米光学界的研究和应用开辟了新的前景。



文章来源:

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05577-1


分享

分享

文章评论

  • 评论仅供其表达个人看法,并不表明协会立场。
/data/upload/3/40/3406e9e08456d4668bdf5cc7dccdc184.jpg
扫一扫,关注我们