揭开无形的面纱： 光谱学的突破使材料物理学的发现成为可能
发布时间：2023-06-13 08:00:00 阅读数： 84
单脉冲太赫兹检测方案。资料来源：《自然通讯》（2023）。DOI: 10.1038/s41467-023-38354-3
来自渥太华大学和马克斯-普朗克光科学研究所的科学家们提出了一种突破性的方法，通过结合太赫兹（THz）光谱学和实时监测来促进材料科学的发现。
太赫兹波是一种电磁波，可以揭示物质的隐藏秘密。它们可以捕捉到其他类型的辐射所看不到的材料的快速变化。科学家们现在可以利用太赫兹波以每秒5万帧的速度记录硅中热电子的实时电影--比以前更快。
在渥太华大学理学院物理学副教授Jean-Michel Ménard的领导下，一个科学家团队使用了两种技术，即啁啾脉冲编码和光子时间拉伸。
这项研究，"单脉冲太赫兹光谱学以50千赫兹的速率监测亚毫秒时间动态"，发表在《自然通讯》上。
第一种技术将太赫兹脉冲携带的信息印在光学区域的啁啾超连续体上，它类似于一道流动的彩虹。第二项技术将彩虹脉冲在一根长纤维内的时间拉长，减缓信息的速度，使其能够被先进的电子设备实时记录。使用一列间隔为20微秒的脉冲重复这些步骤，这些脉冲可以被组合成一部材料内部低能量动态的电影。
"在这项研究中，我们提出了一个新的光子学系统，可以实时测量复杂物理现象的低能量动力学，时间分辨率接近微秒。我们的设置是与众不同的：它是一个紧凑的系统，取代了只有在大型同步辐射设施中才能获得的技术，并能快速进行时间分辨的太赫兹光谱分析，这是一种分析各种材料的强大技术，"Ménard说。
下一步是什么？
依靠这个系统的实验将追踪分子的振动共振，以研究化学反应中酶的神秘作用，并观察生物体暴露在温度突然升高时的无形变化。
"Ménard说："在凝聚态实验中，我们的快速太赫兹光子系统将被用来观察一系列不可逆的电子或晶格重构，特别是在相变期间发生的。"我们预计，（这）将在揭示一系列新的快速和不可重复的过程中发挥关键作用，使太赫兹光谱成为更有效的表征工具，在材料物理学中做出有影响力的发现。"
研究人员的光子系统首次允许他们研究不可逆的物理、化学和生物现象的行为，包括半导体中的电子传输、化学放热反应和生物系统中的蛋白质折叠。它揭开了快速和不可预测的动态的隐秘舞蹈，永远改变了我们对世界的理解。
更多信息：Nicolas Couture et al, Single-pulse terahertz spectroscopy monitoring sub-millisecond time dynamics at a rate of 50 kHz, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-38354-3
本文由光电查搜集整理，未经同行评议，请自行判断可信度。仅供学习使用。
