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              【科技日报】】阿秒光源: 一台捕捉电子运动的“相机”

              發表日期:2019-08-23來源:科技日報放大 縮小

                阿秒,目前人類掌握的最小時間分辨尺度。阿秒級的運動不管你如何盯著看,都肯定無法看到它,因爲它的持續時間實在太短了,只有百億億分之一秒。

                8月21日至22日,香山科學會議第658次學術討論會聚焦阿秒光源前沿科學與應用。科技日報記者從會上了解到,決定物質基本性質的超快電子運動通常發生在阿秒量級的時間尺度,要想觀測到電子運動這種超快過程,就需要超高速攝影技術,而阿秒光源就是一種捕捉電子運動的超快光學技術。

                人眼的視覺暫留時間一般爲0.1—0.4秒,當物體的快速運動過程短于0.1秒時,受眼睛時間分辨率的限制,我們就無法看清其運動過程。就像高速攝像機把轉瞬即逝的快速變化過程記錄下來,我們用慢動作回看一樣。對于原子內部的電子運動,我們也需要一個超高速相機將其記錄下來。

                2001年,奧地利科學家初次實現了阿秒脈沖的産生,使人類得以深入原子結構內部觀測並記錄電子運動,超快科學及技術的發展迎來了阿秒時代。阿秒脈沖就是持續時間在阿秒量級的超短閃光,而阿秒光源是集阿秒脈沖産生、測量及應用于一體的大型科學裝置。如果把阿秒光源比作一台相機,那麽阿秒脈沖就是這個相機的“快門”。

                作爲本世紀初誕生的一種新型光源,阿秒光源具有寬頻譜、窄脈寬、高光子能量、高時空相幹性等優點,由于其脈寬與原子內電子運動尺度相當,因而爲人類認識微觀世界提供了全新手段。

                “阿秒光源为物理、化学、生物和材料科学超快过程的研究和高时空分辨率成像提供了崭新的技术,为了解化学反应和人工光合作用、生物结构特性及生命机理、新材料合成等严重科学问题提供了处理方法,并有望引发新的科技革命。如发展新一代超高速电子器件和信息处理技术、提升太阳能电池转换效率和揭示肿瘤病变机理等。”会议召集人、中國科學院西安光学精密机械研究所研究员赵卫说道。

                經過近20年的發展,人們已經成功將阿秒技術應用于原子、分子、納米體系甚至固體中超快電子運動的測量和調控研究,爲諸多潛在應用開辟了嶄新的道路。比如,在生物醫學領域,癌症作爲世紀難題,當前普遍認爲其誘因是紫外輻射導致的DNA損傷,但受限于現有的技術手段,該推論無法得到確認。DNA分子由原子構成,而原子又包含電子和原子核,借助阿秒脈沖,科學家就有可能在更微觀、更基礎層面看清DNA損傷內在的電子運動過程,理清紫外輻射導致的DNA損傷與腫瘤癌變的生理關聯,無疑這將使癌變的預防、診斷及治療更加有的放矢。

                正因为阿秒光源所具有的严重应用前景,目前,美国、加拿大、韩国、日本、澳大利亚、新加坡及欧洲诸国都将阿秒科学作为重点的基础与应用研究内容,欧盟在匈牙利塞格德建造的极端光设备阿秒光源已于今年7月初宣布开放运行,韩国浦项阿秒光源也已立项实施。“我国科学家也紧跟国际超快科学前沿,早在2000年前后就开始了阿秒科学与技术的探索研究,并取得了有国际影响的系列重要成果。”会议执行主席之一、中國科學院物理研究所研究员魏志义说。

                (科技日報北京8月22日電)

              http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2019-08/23/content_429263.htm?div=-1

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