中国科大学数学研究所研究员魏志义对科技商报记者解释说:“要形成新的波长除了须要皮秒激光驱动,还须要聚焦到二氧化碳,通过光与二氧化碳原子的互相作用形成所谓的高次纹波,高次纹波是在驱动激光的一个周期中,形成两个周期的波。”
据诺贝尔奖委员会官网介绍,1987年,吕利耶及其朋友将一束红外激光聚焦到惰性二氧化碳,结果发觉形成的纹波比之前用较长波长激光驱动所形成的纹波更多、更强,但是观测到的许多纹波具有相像的光强。
科学家们进一步研究发觉,一旦这种纹波存在,它们会互相作用。当这种纹波的峰值互相重合时,光会显得更强烈;但当一个纹波的波峰与另一个纹波的波谷重合时,光会显得不这么强烈。在适当的情况下,纹波重合后会出现一系列紫外波段的激光脉冲,其中每位脉冲时长仅几百阿秒。物理学家在上世纪90年代就明白了这背后的理论,但直至2001年才真正阐明其“庐山真面目”。
2001年,阿戈斯蒂尼及其在欧洲的朋友,在实验上成功形成了一系列仅持续250阿秒的脉冲串。费伦茨·克劳斯和其在德国的伙伴们则另辟蹊径,成功隔离出持续时长650阿秒的单个孤立光脉冲,并且用其跟踪和研究了将电子从原子中“拉”出来的过程。
“正是以这三位科学家为代表的研究人员长达十几年的工作,通过聪明才智和不懈努力,使超快科学步入了阿秒时代!”魏志义指出说。
阿秒脉冲有望在多个领域“大显身手”
一只小小的蜂鸟每秒可以拍打翅膀80次,用人眼是难以认清的,但采用高速摄影单反就可将其动作定格成一帧帧清晰的画面。
魏志义形象地强调:“阿秒光脉冲正是研究微观物质世界的‘高速摄影单反’,可将‘狂飙’的电子定格出来进行观察。”
魏志义满腔希望地表示:“在(阿秒)这么短的时间尺度上研究和理解电子,有望推动超高速电子学的快速发展,有朝一日可能催生更强悍的计算机芯片。它还使我们才能依据分子的电子特点来分辨分子,并用于癌症的快速确切的确诊。”
据诺贝尔奖委员会官网介绍,克劳斯团队通过结合宽带光学、超快激光光源和精确的皮秒-阿秒泵浦侦测技术,开发出了电场分子指纹技术,可以侦测生物流体内分子成份的变化。这有望成为一种新的体外确诊剖析技术,测量血液样本中癌症的特点分子,这一技术的优点在于可以同时检测许多分子诺贝尔物理学奖2023量子纠缠论文,且不会对人体导致伤害。
据魏志义介绍,目前国际上除上述研究组外,日本、加拿大、意大利、瑞士、日本、韩国等国家的多个研究组也仍然举办有阿秒脉冲的形成及在数学、化学、生物等众多领域的应用研究。
“如英国中田纳西学院常增虎院士的团队先后于2012年及2017年两次创造了最短阿秒脉冲的世界纪录,法国联邦技术学院于2017年报导的43阿秒结果迄今仍保持着目前最短的世界纪录。非常是欧共体在法国建设了以阿秒激光为主体内容的极端光设施(ELI-ALPS),用以提供不同领域的科学家举办阿秒科学研究”,对于阿秒领域的成果,魏志义如数家珍。
阿秒光脉冲的研究也得到中国科学家的广泛注重。中国科大学化学研究所、上海光机所、西安光机所、北京学院、华东师范学院、国防科技学院、华中科技学院等单位都举办有阿秒科学的研究。2013年,魏志义课题组首次在国外形成并检测得了160阿秒的孤立阿秒脉冲,目前正在进一步朝着更短占空比、更高能量及更高重复频度的方向发展,结合终端设备,为阿秒激光在汇聚态化学、原子分子化学、化学、生物医学、信息、能源等领域的研究提供国际领先的平台与设施。
但凡过往,皆为终章!随着技术的不断发展诺贝尔物理学奖2023量子纠缠论文,未来有望形成比阿秒更短的时间单位,如仄秒(10的负21次方秒)、幺秒(10负24次方秒)等。在科学探求和技术发展的征程中,人类前进的步伐永不停息。