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产生最短的电子爆炸

27.02.2023

你有没有想过为什么你的电脑和其他电子设备有时快有时慢？这一切都取决于电子（我们微观世界中最小的粒子）从电子电路晶体管内部的细线流出并产生脉冲的速度。开发提高这种速度的方法对于释放电子产品及其软件的最大性能潜力至关重要。

但是电子电路中电子从微小的铅金属中流出的最短时间是多少？

使用极短的激光闪光，由罗斯托克大学物理研究所极端光子学组组长 Eleftherios Gulielmakis 教授和斯图加特马克斯普朗克固态研究所的工作人员领导的研究小组使用了状态今天的艺术。

虽然人们早就知道光可以从金属中释放电子（爱因斯坦是第一个解释这一过程的人），但这个过程极难操纵。光电场每秒改变方向约一百万十亿次，因此很难控制它如何从金属表面剥离电子。

为了克服这个问题，罗斯托克的科学家和他们的同事使用了他们团队之前开发的最先进技术——光场融合——这使他们能够将闪光减少到低于其自身场的全速运行. 反过来，他们用这些闪光照亮钨针的尖端，将电子释放到真空中。

研究团队负责人 Eleftherios Gulielmakis 解释说：“通过使用仅包含一个场周期的光脉冲，现在可以对电子进行精确控制的冲击，使其在很短的时间内从钨尖端释放出来。”

但是，如果科学家们也没有找到一种方法来测量这些电子闪光的持续时间很短，那么这个问题就不可能得到解决。为了克服这个障碍，该团队开发了一种新型相机，当激光将电子推出纳米尖端并进入真空时，它可以在短时间内拍摄电子快照。

“诀窍是使用第二次非常微弱的闪光，”这项新研究的主要作者 Hee-Yong Kim 博士说。 “第二次激光闪光可以轻轻地扭曲电子爆炸的能量，以观察它随着时间的推移会是什么样子，”他补充道。 “这就像一个‘盒子里有什么’的游戏，玩家试图在不看的情况下识别一个物体，而只是简单地将它转过来用手感受它的形状，”他继续说道。

但是这项技术如何应用于电子产品呢？ Gulielmakis 说：“随着技术的快速发展，我们有理由期待微观电子电路的发展，电子在真空空间中在密集的铅中移动，以防止障碍物减慢它们的速度。” 他解释说：“与今天相比，使用光来喷射电子并在这些电线之间移动它们可以使未来电子设备的速度提高几千倍。”

但研究人员认为，他们最近开发的方法将专门用于科学目的。 “在光场周期的一小部分内从金属中发射电子极大地简化了实验，并使我们能够使用先进的理论方法以以前不可能的方式理解电子发射，”该研究的合著者 Thomas Fennell 教授说。

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