走近阿秒 电子显微镜克服时空分辨率的极限挑战
发布时间：2023-10-25 16:06:32 所属栏目：动态 来源：
导读：与阿秒相关的热门话题，当属 今年的诺贝尔物理学奖颁发给了三位阿秒物理领域的实验物理学家。秒在人类世界中已经是非常短暂的存在，而阿秒更是人类难以感知的瞬间流逝。
阿秒之于人类，既难以感知，又难以捕捉，但
阿秒之于人类，既难以感知，又难以捕捉，但
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与阿秒相关的热门话题，当属 今年的诺贝尔物理学奖颁发给了三位阿秒物理领域的实验物理学家。秒在人类世界中已经是非常短暂的存在，而阿秒更是人类难以感知的瞬间流逝。 阿秒之于人类，既难以感知，又难以捕捉，但它却对物理、信息科学等多个研究领域都有着极其重要的意义。打开奇妙的大门，微观世界的奇妙正在等着我们。 更具体地来说，一道光从一间寻常大小房间的一端传播到另一端的墙上，这需要上百亿阿秒。真空中，光在一阿秒内能够前进的距离大约是0.3 纳米。 一只小小的蜂鸟每秒能够拍打翅膀 80 次，在人类眼睛看来，蜂鸟的翅膀则是一片模糊的影子。要想得到一张飞行中的蜂鸟翅膀照片，需要高速摄影以及速度与之相匹配的照明技术的支持。 同样地，在微观世界中，当电子在原子之间移动时，它的位置和能量是以阿秒时间量级变化的。要想探查电子的运动状态，给电子“拍视频”，那这肯定离不开阿秒激光脉冲的助力。阿秒激光脉冲，就是持续时间在阿秒量级的一个闪光。 它的出现，推开了微观世界的一道新大门，这意味着人们研究物质结构的能力上升到了一个新的层面，基础物理学的研究领域也因此掀起了一股新风潮。 想要观察到电子运动带来的电磁场变化，不仅仅需要足够快的闪光灯，还需要分辨率达到原子尺度的显微镜——透射电子显微镜。 电子显微镜能够对观察样品的原子结构进行成像。目前，最高分辨率的电子显微镜分辨率可以达到0.5 埃。 随着时间的推移，通过不断使用传统的光学设备来观察物体，我们逐渐发现它们无法达到足够的细节分辨能力。 当时，一众物理学家正因为光的波粒二象性吵得不可开交，德布罗意这一理论的提出更是让物理学界异常热闹。他本人也因发现了电子的波动性以及对量子理论的研究而获得了诺贝尔物理学奖。 高速运行的电子能够被轴对称的电场或磁场折射而聚焦，这说明利用电场或磁场能够做成电子透镜，好比玻璃能够做成折射光的透镜。 “阿秒光脉冲+透射电子显微镜”，利用阿秒级别的电子显微镜，我们可以看到这些电子的动向并无遗漏隐藏之处。 2023 年，《自然》杂志上的一篇文章报告了利用阿秒电子显微镜观测激光照射物体时，物体表面电子的运动过程。 在这一实验中，科学家利用阿秒激光脉冲，将电子束调制成为了一系列时间在阿秒量级的电子脉冲，脉冲冲击样本后所产生的各类信号，经过能量过滤器去除噪声后，记录下电子运动所产生的电场照片，进而得知电子的运动状态。 精密测量电子的运动，实现对其物理性质的理解，进而控制原子内电子的动力学行为，是人们追求的重要科学目标之一。因为有了阿秒深度脉冲，我们就能测量甚至操纵单个微观粒子，进而对微观世界，进行更符合基础更具有科学原理性的宏观观察和描述。 （编辑：汽车网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
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