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科学家首次测量到渺秒级电子运动

  本报柏林11月3日电为使一个原子在固体中迁移,理论上,原子的电子运动速度应达到渺秒级(1渺秒等于10的负18次方秒)。德国马普量子光学研究所的一个国际研究小组首次成功地在晶体中测到了渺秒级速度的电子运动,这一成果对未来开发超高速电子开关具有重要意义。
该研究成果被刊登在最近一期的英国《自然》科学杂志上。

  这个由德国、奥地利、美国、匈牙利和西班牙科学家组成的研究小组属于德国慕尼黑加尔欣马普量子光学研究所。该小组一直在研究电子在固体中运动规律和特征,为未来开发光量子计算机奠定基础。现代电子理论是基于通过纳米开关线路来控制电子运动,开发功能更强、速度更快的计算机,以及各种在医学和航空航天领域中应用的敏感仪器,需要有速度更快的纳米电子线路开关。开关的速度受限于电流中电子的运动,通常电子线路开关的结构越小,能达到的开关速度就越高,相应通过的信息流量密度也就越大,因此专家在研制电子线路开关时都追求越来越小。

  科学家猜测,在固体晶格或一个分子中,相邻两个原子之间的距离是通过电流传递信息最短的距离,原子上的电子克服这个距离所需要的时间估计在渺秒级。德国马普量子光学研究所的科学家正是在这一点上实时测得了电子在固体原子结构中的运动。

  科学家利用一束持续300渺秒的脉冲远紫外线,以及一束红外线脉冲来控制一块钨晶体表面的电磁场,渺秒级激光脉冲射入晶体,部分光粒子转变成电子,起到电流的作用,并作为引导电子激发晶体原子的附带电子。然后,两种电子以不同速度从原子层底部到达晶体表面,引导电子的速度比被激发的电子速度更快。当电子到达表面时,通过与激光脉冲电磁场最初速度的核对,可以验证电子在晶体中运动随时间的变化,利用超高速激光电磁场,还可以控制电子的运动速度。
(责任编辑:龚伦常)
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