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      新的激光技術(shù)以萬億分之一秒的速度成像量子世界
      
			
      
				2019-12-11 11:02:56
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      研究人員第一次能夠逐幀記錄電子如何與固體中的某些原子振動相互作用。該技術(shù)捕獲了通常導(dǎo)致材料產(chǎn)生電阻的過程，而在其他過程中，則可能導(dǎo)致恰好相反的過程—沒有電阻或超導(dǎo)性。
      

      新的激光技術(shù)以萬億分之一秒的速度成像量子世界
      

      不列顛哥倫比亞大學(xué)(UBC)博士MengXing Na說：“電子彼此相互作用的方式以及它們的微觀環(huán)境決定了所有固體的性質(zhì)。該研究的學(xué)生和共同主要作者，上周發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。“一旦我們確定了定義材料特性的主要微觀相互作用，我們就可以找到提高或降低相互作用以引發(fā)有用電子特性的方法。”
      

      控制這些相互作用對于量子材料的技術(shù)開發(fā)非常重要，這些材料包括用于MRI機(jī)器，高速磁懸浮列車的超導(dǎo)體，并且有一天可能會改變能量的傳輸方式。
      

      在很小的范圍內(nèi)，所有固體中的原子都會不斷振動。電子與原子之間的碰撞可視為電子與振動之間的“散射”事件，稱為聲子。散射會導(dǎo)致電子改變方向和能量。這種電子-聲子相互作用位于物質(zhì)的許多奇異相的中心，在這些相中材料顯示出獨特的特性。
      

      在Gordon和Betty Moore基金會的支持下，UBC的Stewart Blusson量子物質(zhì)研究所(SBQMI)的團(tuán)隊開發(fā)了一種新的極紫外激光源，以實現(xiàn)一種稱為時間分辨光發(fā)射光譜的技術(shù)，可在超快時標(biāo)下可視化電子散射過程。
      

      Na說：“使用超短激光脈沖，我們使單個電子遠(yuǎn)離了它們通常的平衡環(huán)境。” “使用第二個激光脈沖作為有效的相機(jī)快門，我們捕獲了電子如何以超過十億分之一秒的時間尺度在周圍原子上散射。由于我們的設(shè)置非常高的靈敏度，我們能夠直接測量-第一次-激發(fā)的電子如何與特定的原子振動或聲子相互作用。”
      

      研究人員在石墨，碳的結(jié)晶形式以及碳納米管，巴基球和石墨烯的母體化合物上進(jìn)行了實驗。碳基電子學(xué)是一個正在發(fā)展的行業(yè)，有助于電阻的散射過程可能會限制其在納米電子學(xué)中的應(yīng)用。
      

      該方法利用了David Jones和Andrea Damascelli設(shè)想的獨特激光設(shè)備，該設(shè)備由聯(lián)合主筆Arthur Mills在UBC-Moore超快量子物質(zhì)中心開發(fā)。這項研究還得到了斯坦福大學(xué)的Thomas Devereaux和北卡羅來納州立大學(xué)的Alexander Kemper的理論合作的支持。
      

      UBC SBQMI和物理與天文學(xué)系的教授瓊斯說：“由于脈沖激光源的最新進(jìn)展，我們才剛剛開始可視化量子材料的動態(tài)特性。”
      

      SBQMI科學(xué)總監(jiān)Damascelli說：“通過運(yùn)用這些開創(chuàng)性技術(shù)，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好揭示高溫超導(dǎo)的難以捉摸的謎團(tuán)以及量子物質(zhì)的許多其他令人著迷的現(xiàn)象。”
      
			

			
        
      
			
      
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