史上最短电子脉冲问世

文 李木子

德国科学家捕捉到一个破纪录的最短电子脉冲——仅有53阿秒（1阿秒为10-18秒）。其速度之快足以让更精确的电子显微镜在原子水平上捕捉清晰、静止的图像，而不是模糊的图像。它还可以加快计算机芯片的数据传输速度。相关论文1月25日发表于《自然》。

迄今为止最短电子脉冲被记录下来。 图片来源：Eleftherios Goulielmakis

电子脉冲被用来表示计算机内部数据或在电子显微镜中捕捉图像。脉冲越短，信息传输速率就越高。罗斯托克大学的Eleftherios Goulielmakis等研究人员一直致力于尽可能缩短这种脉冲的长度。

普通电路内电场产生的电子脉冲受到电子在物质内振荡频率的限制。Goulielmakis说，一个脉冲至少需要持续半个周期的振荡，正是这个周期为电子创造了“推动力”。

而光的振荡频率要高得多，所以Goulielmakis团队一直在使用短时间的光爆发来触发电子脉冲。2016年，该团队创造了一道持续时间仅为380阿秒的可见光。现在，该团队使用同样的技术将激光聚焦，并将电子从钨针的尖端打到真空中。

他们探测到的53阿秒电子脉冲甚至比引发它的光脉冲还要短。Goulielmakis说，按照玻尔的氢原子模型，它持续的时间是氢原子中一个电子绕原子核公转所需时间的1/5。

如此短的电子脉冲可以使电子显微镜聚焦在更短的时间片段上，类似于降低相机的快门速度，从而更清晰地揭示粒子的运动。

“有时（在电子显微镜图像中）你会看到原子有点模糊。这不一定是因为它们的分辨率不高，而是因为电子在某个特定点上没有静止，在原子周围形成一团云。而阿秒电子脉冲将有助于增强分辨率，以捕获运动中的电子。”

Goulielmakis说：“如果使用阿秒电子脉冲创建电子显微镜，那么我们不仅有足够的分辨率观察运动中的原子，甚至还可以看到电子如何在这些原子之间跳跃。这将是一件令人兴奋的事。”

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05577-1