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新型显微镜在量子尺度上观察超快过程

发布时间:2020-02-19

  MPG的所谓的量子高清摄像机可以精确跟踪单个原子中的电子运动。

迈微信

  分辨率达到了极限。(单击以获取更多信息)。位于 德国斯图加特的马克斯·普朗克固体研究所(“ MPG”)的研究人员开发了一种显微镜,用于观察在量子尺度上发生的极其快速的过程。它的开发商Manish Garg和Klaus Kern说,这意味着“现在可以以高清质量拍摄未来量子计算机组件的操作。”

  这项工作刚刚在《科学》上发表。

  他们把这个范围称为“量子世界的高清摄像机”,可以精确跟踪电子运动到单个原子。因此,例如在开发极快和极小的电子组件时,它应该提供有用的见解。

  为了能够对下一代计算机或智能手机的组件级功能进行视频拍摄,研究人员需要一个高速摄像头,该摄像头可以将快速移动的“电子视频”的每一帧曝光几百个阿托秒。得益于马克斯·普朗克固体研究所的所长Klaus Kern和Kern系的科学家Manish Garg的工作,研究人员现在也可以精确地确定被膜电子的位置。

  MPG物理学家将超短激光脉冲与扫描隧道显微镜(STM)结合使用。Garg评论说:“通过将STM与超快脉冲相结合,可以轻松利用这两种方法的优势来弥补它们各自的劣势。” 研究人员在显微镜尖端发射这些极短的光脉冲,以触发隧穿过程。结果,这种用于量子世界的高速摄像机现在也可以实现高清分辨率。

  “光波电子学”

  借助新技术,物理学家现在可以精确地测量出特定时间电子到单个原子的位置,精确度达到几百个阿秒。例如,它可以用于已被高能光脉冲将电子弹射出的分子中,从而导致其余的负电荷载流子重新排列自身,并可能导致该分子与另一分子发生化学反应。

  Kern补充说:“为了了解化学反应以及带电粒子内的光能在电子或离子之间的转换,必须对分子中的电子进行实物拍摄,并以其自然的时空尺度进行拍摄。”

  这项新技术不仅使研究人员能够跟踪电子通过未来的处理器和芯片的路径,而且,他们解释说,“还可以导致电荷载流子的急剧加速。在当今的计算机中,电子以十亿赫兹的频率振荡。”

  研究人员补充说,这种发展可以为光波电子学扫清道路,比目前的计算机快得多。“因此,超快显微镜不仅可以拍摄量子世界中的过程,还可以通过干涉这些过程来充当导演,”科恩说。

关键词: 新型显微镜在量子尺度上观察超快过程

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