最新一項高速微觀相機技術,能以HD畫質錄影單個原子周圍所有的電子、在幾百阿秒這樣短暫時間段內的活動情況。研究者稱,除了錄影微觀粒子活動,這項技術還對粒子特性產生實際的影響,為開發速度是現在電子設備數百萬倍的光波電子設備鋪平道路。

量子世界內粒子的活動,對所有的物理學家都是挑戰。比如,現代電腦處理器和智能手機晶片內部的運作情況,不僅發生在極短的時間段內,而且發生在極其微觀的空間中。要想不斷優化這些微小元件,能夠「看到」在極短時間段內微觀世界中的影像將是輔助研究的利器。

在這之前,最先進的技術拍到的阿秒瞬間的電子圖像,背景很模糊,看不到電子的具體位置。德國馬普所(Max Planck Institute)固態研究中心發明的這項新技術,利用超短激光脈衝結合掃瞄隧道顯微鏡,能夠看到電子的確切位置。

研究者加格(Manish Garg)說,掃描隧道顯微鏡可以看到單個原子的情況,但是追蹤的時間尺度不夠小。「掃瞄隧道顯微鏡和超快脈衝相結合,兩種技術互補展現很大的優勢。」

有了這項技術,物理學家可測量一個特定時間點內、單個原子周圍電子的具體位置,精確到幾百個阿秒,可用於觀察分子的化學反應。

比如,在高能光波的作用下,某些分子由於損失了其中一個電子,使得剩餘的帶電載體要重新調整,可能就觸發與其他分子的某種化學反應。「錄影分子的實時活動,對了解化學活動,以及光能在電子、離子這些帶電粒子內的轉換過程至關重要。」馬普所固態研究中心主任克恩(Klaus Kern)說。

這項技術不僅錄影量子世界的活動,還對粒子的活動產生實際的影響,可有效加速電荷載體。

「今天的電腦,電子震盪頻率為10億赫茲,」克恩說,「使用超快光脈衝,有可能將頻率提升至萬億赫茲。」這為速度可達今天電腦數百萬倍的光波電子技術鋪平了道路。◇