“阿秒钟”以迄今最快速度观测自由电子运动

“阿秒钟”以迄今最快速度观测自由电子运动将传统或量子计算速度最大化的关键在于了解电子在固体中的行为。据一项发表在12日《自然》杂志上的研究，美国密歇根大学和德国雷根斯堡大学的研究人员合作，捕捉到了电子在几百阿秒（1阿秒=10-18秒）内的运动，这是迄今为止最快的速度。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1326947.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1326947.htm

德国科学家创造出迄今最短电子短脉冲 仅持续53阿秒

德国科学家创造出迄今最短电子短脉冲仅持续53阿秒  电子脉冲用于表示计算机内部的数据或被电子显微镜用于捕捉图像，脉冲越短，信息被传输的速度越快，研究人员一直致力于尽可能缩短电子脉冲的持续时长。普通电路内的电场产生的电子脉冲受限于电子在物质内振荡的频率。一个电子脉冲至少需要持续半个振荡周期，因为正是这种振荡周期为电子产生了“推动力”。而光能以更高频率振荡，因此研究人员一直尝试使用短脉冲光来触发电子脉冲。2016年，研究团队创造了持续时间仅为380阿秒的可见光闪烁。借助同样的技术，该团队聚焦激光，从钨针尖端剥落电子并将其打到真空中，获得了持续时间仅53阿秒的电子脉冲。研究人员表示，他们探测到的53阿秒电子脉冲甚至比引发它的光脉冲还要短。根据玻尔的氢原子模型，这一持续时间仅为氢原子中电子绕其原子核运行一周所需时间的1/5。如此短的电子脉冲可使电子显微镜及时聚焦于较短的切片上，类似于降低相机的快门速度，从而更清晰地揭示粒子的运动。研究人员称，如果利用此次获得的阿秒电子脉冲创建电子显微镜，不仅有足够的分辨率来观察运动中的原子，甚至可看到电子在这些原子之间是如何跳跃的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1341451.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1341451.htm

研究人员成功测量出分子内部电荷迁移的速度

研究人员成功测量出分子内部电荷迁移的速度高次谐波光谱捕捉到的线性碳链分子中的电荷迁移（艺术效果图）。资料来源：何立新和蓝鹏飞在与光物质相互作用相关的化学反应和生物功能中，CM起着根本性的作用。多年来，由于需要超精细的空间（埃）和超快的时间（阿秒）分辨率，在电子的自然时间尺度上实现CM的可视化一直是超快科学领域的一项艰巨挑战。在实验中，电荷迁移对分子轨道和取向的敏感依赖性使得电荷迁移动力学变得复杂而难以追踪。关于分子CM仍有一些悬而未决的问题尚不清楚。其中一个最基本的问题是：电荷在分子中迁移的速度有多快？尽管在过去十年中，人们利用与时间相关的量子化学软件包对分子CM进行了广泛的理论研究，但由于极具挑战性，对CM速度的实际测量仍然无法实现。C4H2分子中的电荷迁移。(a)在分子垂直于驱动激光偏振方向的情况下，沿分子主干重建的随时间变化的空穴密度。(b)根据(a)中的空穴密度重建的随时间变化的电荷中心位置（带圆圈的虚线）。红色虚线是提取CM速度的线性拟合。(c)-(d)与(a)-(b)相同，但分子平行排列。资料来源：He等人，doi10.1117/1.AP.5.5.056001据《先进光子学》（AdvancedPhotonics）杂志8月24日报道，华中科技大学的研究团队与美国堪萨斯州立大学和康涅狄格大学的理论团队合作，最近提出了一种测量碳链分子丁二烯（C4H2）CM速度的高次谐波光谱（HHS）方法。高次谐波光谱法的原理基于高次谐波产生（HHG）的三步模型：电离、加速和重组。强场电离首先在离子中产生空穴波包，空穴波包在激光场中演化，并在重组时刻被返回的电子波包探测到，空穴动态被记录在产生的谐波频谱中。研究人员采用双色HHS方案，结合先进的机器学习重建算法，在最基本的层面上重建了C4H2分子中每个固定空间角度的CM。该方法的时间分辨率达到了50倍。根据检索到的随时间变化的空穴密度，可以确定电荷中心的移动。由此可以量化CM的速度，即每飞秒约几埃格斯特朗。此外，还揭示了CM速度与分子相对于激光偏振的排列角度的关系。结果表明，激光控制下的CM比无场CM更快。这项工作首次通过实验得出了分子中CM速度的答案。通讯作者、华中科技大学物理学院教授蓝鹏飞说："这项工作深入揭示了分子中的CM动力学，可以加强我们对这些超快动力学的理解。"兰鹏飞指出，通过分子排列来控制CM速度也是操纵化学反应速率的一种很有前景的方法--他的团队希望在不久的将来探索这条道路。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379805.htm

科学家实现Zeptosecond维度：以10的负21次方秒为单位测量时间

科学家实现Zeptosecond维度：以10的负21次方秒为单位测量时间科学家们现在已经开发出一种新型干涉测量技术，能够以zeptosecond（宙秒，10-21次方秒）的分辨率测量时间延迟。这项工作是在澳大利亚布里斯班格里菲斯大学的澳大利亚阿托秒科学设施和量子动力学中心进行的，由罗伯特-桑教授和伊戈尔-利特维尤克教授领导。他们利用这项技术测量了两种不同的氢分子同位素--H2和D2--与强红外激光脉冲相互作用所发出的极紫外光脉冲之间的时间延迟。这一延迟被发现小于3个阿托秒，并且是由较轻和较重的原子核的轻微不同运动造成的。这项研究已经发表在《超快科学》上，这是一份新的科学伙伴杂志。古伊相位干涉仪的实验装置示意图。实验装置的示意图如图1所示。在驱动红外激光束的焦点附近有两个可移动的分子射流，它们在空间中分开。两个射流的HHG发射之间的相位差包括来自Gouey相位的贡献（当两个射流中流动着相同的气体时，这是唯一的贡献）和由于不同物种的不同内在HHG相位而产生的额外相移。为了提取该固有相移，首先在两个喷射器中使用相同的气体测量HHG光谱，然后在两个喷射器之间切换不同的气体。这个过程可以完全消除Gouy相的贡献，以及在喷流位置的轻微不同强度的影响。第一作者MumtaHenaMustary博士解释说。"这种前所未有的时间分辨率是通过干涉测量实现的--将延迟的光波重叠起来，并测量它们的综合亮度"。这些光波本身是由暴露在强烈激光脉冲下的分子产生的，这个过程被称为高次谐波生成（HHG）。当一个电子被强激光场从一个分子中移出，被同一场加速，然后与离子重新结合，以极紫外（XUV）辐射的形式放弃能量时，就会发生高谐波生成。XUVHHG辐射的强度和相位都对参与这一过程的电子波函数的确切动态很敏感--所有不同的原子和分子都发出不同的HHG辐射。虽然测量HHG的光谱强度是相对直接的--一个简单的光栅光谱仪可以做到这一点--但测量HHG相位是一个更困难的任务。而相位包含了关于发射过程中各个步骤的时间的最相关信息。为了测量这个相位，通常要进行所谓的干涉测量，即让两个具有精细控制的延迟的波的复制品相互重叠（或干涉）。根据它们之间的延迟和相对相位差，它们可以进行建设性的或破坏性的干涉。这样的测量是由一个叫做干涉仪的设备进行的。为XUV光建立一个干涉仪是非常困难的，特别是要在两个XUV脉冲之间产生并保持一个稳定的、已知的和可微调的延迟。格里菲斯大学的研究人员通过利用被称为古伊相位的现象解决了这个问题--当光波的相位在通过一个焦点时，会以某种方式移动。在他们的实验中，研究人员使用了两种不同的氢分子同位素--自然界中最简单的分子。这些同位素--轻氢（H2）和重氢（D2）--只在原子核的质量上有所不同--H2中的质子和D2中的氘子。其他一切包括电子结构和能量都是相同的。由于质量较大，D2中的原子核比H2中的原子核运动得稍慢一些。由于分子中的核运动和电子运动是耦合的，在HHG过程中，核运动会影响电子波函数的动态，导致两种同位素之间的小相移ΔφH2-D2。这个相移相当于一个时间延迟Δt=ΔφH2-D2/ω，其中ω是XUV波的频率。格里菲斯的科学家们为在HHG光谱中观察到的所有谐波测量了这个发射时间延迟--它几乎是恒定的，略低于3阿托秒。为了理解他们的结果，格里菲斯大学的研究人员得到了中国上海交通大学理论家的支持，由何锋教授领导。上海交通大学的科学家们使用了最先进的理论方法来全面模拟分子氢的两种同位素的HHG过程，包括在各种近似水平上的核和电子运动的所有自由度。他们的模拟很好地重现了实验结果，理论和实验之间的这种一致性让研究小组相信，该模型抓住了基本物理过程的最基本特征，因此调整模型的参数和近似水平可以确定各种影响的相对重要性。虽然实际的动力学过程相当复杂，但发现电子重组步骤中的双中心干扰是最主要的影响。"因为氢气是自然界中最简单的分子，而且它可以在理论上建立高精度的模型，它被用于这些原则性验证实验中，以便对该方法进行基准测试和验证，"Litvinyuk教授说。"在未来，这项技术可以用来测量原子和分子中各种光诱导过程的超快动力学，具有前所未有的时间分辨率。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336187.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336187.htm

新的移动电子纹身能更好地监测心脏 可帮助预防心脏疾病

新的移动电子纹身能更好地监测心脏可帮助预防心脏疾病电子纹身是3D打印和电路打印技术的结合，代表了下一代可穿戴医疗设备。它们被贴在皮肤上，就像孩子的临时纹身一样，它们的集成传感器记录并传输数据，如心率和节律、血压或压力水平到智能手机或其他连接设备。由德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员领导的一个团队改进了他们之前的设计，在2019年揭晓，使他们的新电子纹身成为无线和可移动的。与早期型号一样，新版电子纹身持续监测心脏的电活动（心电图或ECG）和心脏跳动时发出的声音（地震心电图或SCG），从而显示出心脏的力学特性。当血液流经心脏瓣膜时产生心音，使其打开和关闭。异常的心音，如杂音，可能表明心脏瓣膜有问题。通常情况下，心音是由医生用听诊器测量的。电子纹身提供了一种监测心音的方法，不需要去看医生。研究人员说，其同步测量电气和机械信息的能力对诊断非常重要。该研究的通讯作者NanshuLu说："这两种测量，即电学和机械学可以为心脏的情况提供更全面和完整的图像。还有许多心脏特征可以以无创的方式从这两个同步测量的信号中提取出来"。透明的电子纹身是由一系列精心安排的小电路和传感器组成的，通过可拉伸的连接件连接，这意味着它可以像医疗敷料一样塑在佩戴者的胸部。电子纹身有200微米，大约是两根人类头发的宽度。它的重量只有2.5克，靠一便士大小（0.75英寸/19毫米）的电池运行，可持续40多小时。更重要的是，电池可以很容易地由佩戴者更换。收集到的数据会以无线方式实时传输到一个支持蓝牙的设备上。研究人员说，他们的移动无创监测设备有很多优点。首先，它不需要去医院或诊所，也不需要连接到传统上用于心脏监测的笨重、麻烦的有线设备。此外，在家里佩戴移动设备--而不是在临床环境中被短期监测--更有可能更早地发现问题，从而尽早进行干预。"大多数心脏疾病不是很明显，"Lu说。"损害是在后台进行的，而我们甚至不知道它。如果我们能在家里进行连续的移动监测，那么我们就能进行早期诊断和治疗，如果能做到这一点，80%的心脏病是可以预防的。"研究小组在五名健康病人的日常环境中测试了他们的电子纹身，确认它提供了准确的测量结果且错误率很低。下一步，研究人员将进一步测试该设备，以期将其使用范围扩大到不同类型的患者。该研究发表在《先进电子材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1357585.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1357585.htm

研究人员实现“kagome”量子材料中电子自旋的首次测量

研究人员实现“kagome”量子材料中电子自旋的首次测量科学家的国际合作取得了成功，物理和天文学系“AugustoRighi”教授DomenicoDiSante参与了博洛尼亚大学的居里夫人BITMAP研究项目。CNR-IOMTrieste、Ca'Foscari威尼斯大学、米兰大学、维尔茨堡大学（德国）、圣安德鲁斯大学（英国）、波士顿学院和加州大学圣巴巴拉分校（美国）的同事也加入了他的行列).通过先进的实验技术，利用粒子加速器同步加速器产生的光，以及对物质行为进行建模的现代技术，学者们首次能够测量与拓扑概念相关的电子自旋。电子在其上移动的表面的三个视角。左边是实验结果，中间是理论模型，右边是理论模型。红色和蓝色代表电子速度的量度。理论和实验都反映了晶体的对称性，与日本传统“kagome”篮子的质地非常相似。图片来源：博洛尼亚大学“如果我们拿两个物体，例如足球和甜甜圈，我们会注意到它们的特定形状决定了不同的拓扑特性，例如，因为甜甜圈有洞，而足球没有，”DomenicoDiSante解释道。“同样，电子在材料中的行为受到某些量子特性的影响，这些量子特性决定了它们在其中发现的物质中的旋转，类似于宇宙中光的轨迹如何被恒星、黑洞、黑暗的存在所改变物质和暗能量，它们可以弯曲时间和空间。”尽管电子的这一特性早已为人所知多年，但直到现在还没有人能够直接测量这种“拓扑自旋”。为实现这一目标，研究人员利用了一种称为“圆二色性”的特殊效应：一种只能与同步加速器源一起使用的特殊实验技术，它利用材料根据其偏振吸收不同光的能力。学者们特别关注“kagome材料”，这是一类量子材料，因其类似于构成日本传统篮子的交织竹线编织（实际上称为“kagome”）而得名。这些材料正在彻底改变量子物理学，所获得的结果可以帮助我们更多地了解它们特殊的磁性、拓扑和超导特性。“由于实验实践和理论分析之间的强大协同作用，这些重要结果成为可能，”DiSante补充道。“该团队的理论研究人员采用了复杂的量子模拟，只有使用强大的超级计算机才有可能，并以这种方式将他们的实验同事引导到可以测量圆二色性效应的材料的特定区域。”...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366003.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366003.htm