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探索 | 史上最短电子脉冲问世！仅持续53阿秒

近期，德国罗斯托克大学物理研究所极端光子学团队Eleftherios Goulielmakis所带领的研究小组与斯图加特马克斯普朗克固态研究所的联合研究团队成功利用强亚周期瞬态光场来诱导钨纳米尖端的光场发射产生并测量了迄今为止最短的电子脉冲，其持续时间仅为53阿秒(1阿秒为10-18秒)。速度之快足以让显微镜捕捉到电子在原子间跳跃的图像。该研究为电子信息技术的发展开辟了一条新途径，有望以极快的速度在原子尺度上对微观世界进行可视化成像。
探索 | 史上最短电子脉冲问世！仅持续53阿秒
图 迄今最短的电子短脉冲，其持续时间仅为53阿秒
你可能会有疑问，到底是什么影响着计算机和其他产品的运行速度？其实这本质上取决于电子从芯片的晶体管内部流出并形成脉冲所需的时间长短。所以将这一过程的时间尽可能缩短对电子产品突破性能极限显得至关重要。但是速度最快能达到多少呢？
尽管人们早就对光电效应耳熟能详，物质在高于某特定频率的光的照射下会发射出光子，但是这个过程很难操纵。因为光的电场方向每秒可以改变约一百万亿次，这使得控制它从金属表面分离出电子的方式颇具有挑战性。
为了解决这一问题，Eleftherios Goulielmakis及其同事利用了其团队前期研发的一种称之为“光场合成”的技术，以此将脉冲缩短到小于其自身场的完整周期。反过来，他们使用这些脉冲照射钨针的尖端，将电子释放到真空中。
Eleftherios Goulielmakis解释称，利用仅包含其电场的单个周期光脉冲，给电子一个精确控制的“推动力”，使它们在很短的时间周期内从钨尖端释放出来。
但要想克服挑战，研究人员还需要找到一种方法来实时跟踪光场发射中产生的电子脉冲。因此，该团队设计了一种新型相机，可以在激光将电子从纳米尖端推出并进入真空的短时间内拍摄电子快照。
该研究的主要研究者之一 Hee-Yong Kim 博士表示，关键之处在于使用第二个非常微弱的脉冲，它可以轻轻地扰动电子爆发的能量，以及时了解它的状态。这就像一个“猜猜盒子里有什么”的游戏，玩家看不到盒子里面的物体，只能用手感受它的形状并猜测它是什么。
但是这项技术如何应用于电子产品呢？“随着技术的快速发展，我们有理由期待微观电子电路的发展，其中电子在紧密排列的引线之间的真空中传播，以防止障碍物减缓它们的速度。” Goulielmakis讲到。“使用光来发射电子并在这些引线之间驱动它们可以将未来电子设备的运行速度提高到今天的几千倍。”
而且研究人员相信，他们的研究成果也可以直接用于科学研究。论文合著者Thomas Fennel 教授称，“在光场周期时间之内从金属中发射电子极大地简化了实验，让我们能够使用先进的理论方法探究电子的发射，这在之前是不可能的” 。
由于新的电子脉冲为拍摄材料中电子和原子运动的快照提供了出色的分辨率，下一步我们计划利用它来深入观察一些复杂的材料，以促进其在技术中的应用，Goulielmakis总结道。

信息来源：phys.org

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