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科研利器誕生！阿秒顯微鏡精確捕捉電子動(dòng)態(tài)
2024年09月09日 09:47:29
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點(diǎn)擊量：9101
亞利桑那大學(xué)研發(fā)出全球最快阿秒顯微鏡，能夠定格電子運(yùn)動(dòng)瞬間，為物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)突破性進(jìn)展。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】美國(guó)亞利桑那大學(xué)的一支科研團(tuán)隊(duì)近日宣布，他們成功開(kāi)發(fā)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(yùn)動(dòng)電子的定格圖像，為物理學(xué)、化學(xué)、生物工程及材料科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的研究開(kāi)辟了全新的可能性。相關(guān)研究成果已發(fā)表在最新一期的《科學(xué)進(jìn)展》雜志上，引起了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。
傳統(tǒng)上，透射電子顯微鏡(TEM)作為探索微觀世界的“超級(jí)放大鏡”，能夠?qū)⑽矬w放大至數(shù)百萬(wàn)倍，其獨(dú)特的電子束成像技術(shù)使得科學(xué)家能夠深入觀察物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。然而，面對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的電子，傳統(tǒng)的顯微鏡技術(shù)往往顯得力不從心。為了突破這一限制，亞利桑那大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地結(jié)合了超快激光技術(shù)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(dú)特的超快電子脈沖生成技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精密的激光操控，將強(qiáng)大的激光束分裂并轉(zhuǎn)化為兩個(gè)超短光脈沖：一個(gè)作為泵浦脈沖，負(fù)責(zé)激發(fā)樣品中的電子運(yùn)動(dòng)；另一個(gè)則作為光門(mén)控脈沖，其精準(zhǔn)的定時(shí)功能如同精密的時(shí)間之門(mén)，僅允許持續(xù)時(shí)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(gè)電子脈沖通過(guò)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子運(yùn)動(dòng)瞬間的精準(zhǔn)捕捉。
這一創(chuàng)新不僅極大地提升了顯微鏡的時(shí)間分辨率，還使得科學(xué)家們首次能夠直接觀察到電子在物質(zhì)中的動(dòng)態(tài)行為，這對(duì)于理解物質(zhì)的基本性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)機(jī)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(jī)能夠捕捉運(yùn)動(dòng)員的每一個(gè)細(xì)微動(dòng)作，這款阿秒顯微鏡也讓科學(xué)家們得以窺見(jiàn)微觀世界中電子的“舞蹈”。
阿秒顯微鏡的問(wèn)世，不僅為物理學(xué)研究帶來(lái)了新的突破點(diǎn)，更在化學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。在材料科學(xué)領(lǐng)域，它有助于揭示電子在不同材料中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為設(shè)計(jì)更高效的半導(dǎo)體器件提供理論支持；在化學(xué)研究中，觀察化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中電子的重新排列，則為催化劑設(shè)計(jì)和新藥開(kāi)發(fā)開(kāi)辟了新路徑。
尤為引人注目的是，阿秒顯微鏡在量子計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用前景。量子計(jì)算機(jī)的核心——量子比特的狀態(tài)與演化，與電子行為緊密相連。通過(guò)精確控制和測(cè)量電子的運(yùn)動(dòng)，科學(xué)家們有望更深入地理解量子計(jì)算過(guò)程，推動(dòng)量子計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，開(kāi)啟計(jì)算科學(xué)的新紀(jì)元。
素材來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)
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