科学家首次获得了二氧化硅短命的激子快照

当X射线照射到固体材料或大分子上时，电子就会被从原子核附近的原始位置推开，留下一个洞。长期以来，科学家一直怀疑解放电子和带正电的空穴形成新的粒子被称为“核子激发电子”。但到目前为止，还没有一个真正的证据证明它的存在。科学家们有各种各样的工具来实时跟踪半导体中的激子。这些都是由普通光产生的，可用于光电子学和微电子领域的各种应用。相反，核子激发电子是非常短命的，到目前为止，还没有任何技术可以跟踪它们的运动并推断出它们的性质。

上图所示，阿托秒的闪光和X射线在固体材料中瞬间通过的电子照片。

一个由Eleftherios Goulielmakis博士领导的科学家研究小组“Attoelectronics“在马克斯普朗克量子光学研究所，已经能够实时捕获的固体核心激子动力学特性。利用X射线闪烁的只有几百阿秒的时间（1秒= 0.000000000000000001秒），紧跟着是类似时间长度的闪烁（是研究团队去年开发的一个实验工具），科学家用超快相机首次获得了二氧化硅短命的激子快照。这项工作发表在近期的《科学》杂志上。

“核子激发电子存在的时间很短，因为它们会与固体材料中的其他粒子相互作用，从而会迅速停止其自身运动，”Antoine Moulet说，他是在这项工作中的主要作者。“在量子力学中，我们定义为是激子失去了相干性，”他补充道。

跟踪核子激发电子的相关动力学的关键工具已经在光学领域的阿托秒闪光相关的研究范围有所进展。这项工作由该小组在去年发表。

 “我们在实验中使用X射线照射光核子激发电子的固体，而光阿秒脉冲则提供了记录这一运动的可能，”Julien Bertrand说，他是该研究小组的前研究员，目前是加拿大拉瓦勒大学的助理教授。“这种结合我们实现了核子激发电子，在约750阿秒的时间内获得了其运动快照。”

但研究并不局限于捕捉这些固体内部的稍纵即逝的运动。“我们能够获得关于核子激发电子的相关特性的信息如微型尺寸均比单个原子大或者它们很容易被可见光进行偏振的，”Goulielmakis说。“我们的技术在进步，如测量、控制和核子激发电子在X射线范围中的应用等。但同时，它是研究超快X射线激发过程中固体材料相关时间尺度上的通用工具。这样的能力从未在X射线领域获得过。”

团队现在设想他们的技术在表面固体的超快过程的研究和应用，实现基于光场辐射的超快开关的相关新型研究。“随着X射线自由电子激光器在全球范围内的广泛应用，可见光控制X射线的能力变得越来越重要，”Goulielmakis说。