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科研利器誕生！阿秒顯微鏡精確捕捉電子動態(tài)
2024年09月09日 09:47:29
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：宋池 點擊量：9093
亞利桑那大學(xué)研發(fā)出全球最快阿秒顯微鏡，能夠定格電子運動瞬間，為物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域帶來突破性進(jìn)展。
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】美國亞利桑那大學(xué)的一支科研團隊近日宣布，他們成功開發(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動電子的定格圖像，為物理學(xué)、化學(xué)、生物工程及材料科學(xué)等多個領(lǐng)域的研究開辟了全新的可能性。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“超級放大鏡”，能夠?qū)⑽矬w放大至數(shù)百萬倍，其獨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，面對高速運動的電子，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)的研究團隊創(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特的超快電子脈沖生成技術(shù)。研究團隊通過精密的激光操控，將強大的激光束分裂并轉(zhuǎn)化為兩個超短光脈沖：一個作為泵浦脈沖，負(fù)責(zé)激發(fā)樣品中的電子運動；另一個則作為光門控脈沖，其精準(zhǔn)的定時功能如同精密的時間之門，僅允許持續(xù)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(xiàn)了對電子運動瞬間的精準(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)中的動態(tài)行為，這對于理解物質(zhì)的基本性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)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(xì)微動作，這款阿秒顯微鏡也讓科學(xué)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(xué)研究帶來了新的突破點，更在化學(xué)、材料科學(xué)、生物學(xué)等多個領(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動規(guī)律，為設(shè)計更高效的半導(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)過程中電子的重新排列，則為催化劑設(shè)計和新藥開發(fā)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(lǐng)域的應(yīng)用前景。量子計算機的核心——量子比特的狀態(tài)與演化，與電子行為緊密相連。通過精確控制和測量電子的運動，科學(xué)家們有望更深入地理解量子計算過程，推動量子計算技術(shù)的快速發(fā)展，開啟計算科學(xué)的新紀(jì)元。
素材來源：科技日報
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