物理学家测量和控制阿秒范围电子释放比目前泛亚电竞电子电路快100万倍

2023-04-28 16:53:10

　　通过叠加两个不同强度和频率的激光场，可以精确地测量和控制金属的电子发射到几阿秒。来自德国埃尔兰根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学、罗斯托克大学和康斯坦茨大学的物理学家已经证明了这一点。这些发现可能会带来新的量子力学见解，并使电子电路的速度比目前快一百万倍。研究人员现在已经在《自然》杂志上发表了他们的发现。

　　光能够从金属表面释放电子。这一观察结果早在19世纪上半叶就由亚历山大·埃德蒙德·贝克勒尔（Alexandre Edmond Becquerel）提出，后来在海因里希·赫兹（Heinrich Hertz）和威廉·哈尔瓦赫（Wilhelm Hallwachs）等的各种实验中得到了证实。由于光电效应与光波理论不一致，阿尔伯特·爱因斯坦得出结论，光不仅必须由波组成，而且必须由粒子组成。他奠定了量子力学的基础。

　　随着激光技术的发展，对光电效应的研究获得了新的动力。FAU物理系激光物理系主任Peter Hommelhoff教授解释道：“我们可以产生各种光谱颜色的超强超短激光脉冲泛亚电竞。这激发了我们以更高的精度捕捉和控制金属电子释放的持续时间和强度。”到目前为止，科学家们只能精确地确定气体中激光诱导的电子动力学，精度只有几阿秒泛亚电竞。量子动力学和发射时间窗尚未在固体上测量。

　　泛亚电竞

　　这正是FAU、罗斯托克大学和康斯坦茨大学的研究人员首次成功做到的。他们为此使用了一种特殊的策略：他们不仅使用了一个强大的激光脉冲，将电子发射到一个尖的钨尖端，还使用了第二个较弱的激光，频率是它的两倍。“原则上，你必须知道，在非常强的激光下，单个光子不再负责电子的释放，而是负责激光的电场，”Peter Hommelhoff主席的研究助理、该研究的主要作者Philip Dienstbier博士解释道。“然后电子通过金属界面进入真空。”通过故意叠加两个光波，物理学家可以控制激光场的形状和强度，从而控制电子的发射。

　　在实验中，研究人员能够确定电子流的持续时间为30阿秒，即十亿分之三十亿秒。这种对排放时间窗口的超精确限制可以同等程度地推进基础研究和应用相关研究。Philip Dienstbier说：“两个激光脉冲的相移使我们能够更深入地了解隧道过程和随后电子在激光场中的运动。这使得人们能够对固态物体的发射和所使用的光场进行新的量子力学见解。”

　　最重要的应用领域是光场驱动电子学：通过所提出的双色方法，可以对激光进行调制，从而产生精确定义的电子脉冲序列，从而产生电信号序列。Dienstbier：“在可预见的未来，我们将有可能将测试装置的组件——光源、金属尖端、电子探测器——集成到微芯片中”。然后可以想象带宽高达PB赫兹的复杂电路，这将比目前的电子设备快近一百万倍。