用于光物质相互作用的时空传感器

自然界中最基本的物质相互作用是光与物质之间的相互作用。 这种相互作用发生在阿托秒（即十亿分之一秒）量级。到目前为止，在如此短的时间内究竟发生了什么事情，基本上还是无法得知的。  ,iUx'U  
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现在由慕尼黑大学和马克斯-普朗克量子光学研究所（MPQ）共同组建的阿秒级物理实验室（LAP）的Peter Baum博士和Yuya Morimoto博士领导的研究小组开发了一种新的电子显微镜模式，这使人们能够观察到这种实时和真实空间的基本相互作用（Nature Physics, “Diffraction and microscopy with attosecond electron pulse trains”）。 v^'~
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为了可视化出现在阿托秒量级上的现象，例如光与原子之间的相互作用，需要一种方法与原子尺度上的空间分辨率的超快过程保持同步。为了满足这些要求，Baum和Morimoto利用了电子的一个特性，即电子作为基本粒子也具有波动特性并且可以表现为所谓的波包。研究人员们将一束电子引导到一个薄的电介质箔片上，在该电介质箔片上电子波通过正交定向激光照射而被调制。 UtN>6$u  
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与振荡光场的相互作用交替地加速和减速电子，导致形成一个阿托秒脉冲序列。这些波包由大约100个单独的脉冲组成，每个脉冲持续约800阿托秒。 Y2EN!{YU  
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出于显微镜的目的，这些电子脉冲序列相对于阿托秒光脉冲序列具有一个很大的优点：它们具有更短的波长。因此可以用它们观察尺寸小于1纳米的粒子，如原子。这些特性使得超短电子脉冲串成为一个理想的工具，可以实时监测由光振荡对物质的影响而引发的超快过程。 AAcbY;  
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慕尼黑的研究人员在对这种新方法进行的前两次实验测试中，把他们的阿托秒脉冲序列转换到了硅晶体上，并观察了光周期如何传播以及电子波包如何在空间和时间内被折射、衍射和分散。在未来，这个概念将允许他们直接测量晶体中的电子如何响应光周期，即任何光物质相互作用的主要效应。换句话说，该方法可以实现次原子和次光周期分辨率，LAP的物理学家们现在可以实时监测这些基本的相互作用。 TZg7BLfy  
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他们的下一个目标是产生单个阿托秒电子波包，以便在亚原子相互作用中以更高的精度跟踪发生的事。这种新方法可以应用于超材料的发展。超材料是人造的，即工程纳米结构，其电介电常数和磁导率明显不同于传统材料。这又产生了独特的光学现象，这在光学和光电子学中开辟了新的视角。事实上，超材料可能成为未来光驱计算机的基本组件。 iXFaQ  
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=48771.php（实验帮译）