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

“为电子按下快门”的三位诺奖科学家

“为电子按下快门”的三位诺奖科学家（来源：瑞典皇家科学院）在颁奖之前，业界也普遍预期阿秒物理学是今年的大热门。作为“诺奖风向标”，去年的沃尔夫物理奖也颁给了费伦茨·克劳修斯、安妮·吕伊利埃，以及渥太华大学的PaulCorkum教授，以表彰他们“对超快激光科学和阿秒物理学的开创性贡献”。值得一提的是，吕伊利埃是诺贝尔物理学奖历史上第五位得奖的女性科学家，在周二组委会给她打电话通知获奖时，正在学校里讲课的她还多次按掉组委会的来电。与我们熟悉的秒一样，阿秒（attosecond）也是一种时间单位，计量上为10⁻¹⁸秒（0.000000000000000001秒），足以见得跨度之短暂。诺贝尔奖官方表示，这三名科学家展示了一种创造极短光脉冲的方法，这些光脉冲可以用来测量电子移动或能量变化的快速过程。电子的移动速度非常快，一度被认为是“无法追踪的运动”，而阿秒物理学则打破了这种不可能。（来源：中科院物理所、“中国光学”微信公众号）这一切的开端要从1987年开始说起，安妮·吕伊利埃当时发现，在红外激光通过稀有气体时，会产生许多不同的光的泛音。它们是由激光与气体中的原子相互作用引起，这种作用给予一些电子额外的能量，然后以光的形式发射出来。随后吕伊利埃继续探索这一现象，为后续的突破奠定了基础。在2001年，皮埃尔·阿戈斯蒂尼成功地产生并研究了一系列连续的光脉冲，每个脉冲只持续250阿秒。与此同时，费伦茨·克劳修斯在另一种类型的实验中，成功分离出可持续650阿秒的单个光脉冲，使得光脉冲宽度达到阿秒量级。这些科学家的努力，也使得人类能够在极短的时间尺度上研究各种物理、化学和生物过程，并且在医学、工业制造等领域展现出了潜在价值。（实验设置概述，来源：诺贝尔奖组委会）诺贝尔物理学奖评选委员会主席伊娃·奥尔森评价称：“现在我们可以打开通往电子世界的大门。阿秒物理学给了我们理解电子支配机制的机会，下一步将是利用它们。”“为电子运动拍照”的阿秒物理学在解释超短光脉冲的作用时，科学家们最喜欢举的例子是“相机快门”，不同尺度的脉冲正是“按下快门的速度”。上世纪80年代，人类将脉冲激光的宽度推进至飞秒领域，得以解锁对分子和原子运动的观察，而阿秒激光则能让人类观察分子和原子中电子的运动。美国物理协会主席、芝加哥大学教授BobRosner解读称，就像建房子一样，我们能够观察到地基、墙壁和房顶逐步搭起，而分子的组装也有这样的顺序，阿秒激光使我们能够观察分子组装的过程。在实际的应用领域，阿秒激光也在众多领域具有突出的应用价值，例如在医学成像中可以展现出更高的分辨率，而股民们非常熟悉的“飞秒（视力矫正）手术”也有希望进一步提高切割的精度，另外在光学材料、半导体等领域也大有可为。由于阿秒物理学研究的是电子运动，所以可以说世间万物都能在这项技术的助力下走上更高的台阶。（阿秒激光在部分领域的应用展望）物理学奖也是今年诺贝尔奖第二个出炉的奖项，明天同一时段将会颁发今年的诺贝尔化学奖。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387835.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387835.htm

简讯: 2023年诺贝尔物理学奖已授予 Pierre Agostini、Ferenc Krausz 和 Anne L’Huillier，以表彰他们在物质中电子动态研究领域的开创性工作。这三位科学家成功开发了产生阿秒光脉冲的实验方法，为探索原子和分子内部的电子世界提供了新工具。他们的研究成果不仅揭示了电子在极短时间尺度上的行为，还为未来的电子学和医学诊断等领域的应用奠定了基础。

简讯:2023年诺贝尔物理学奖已授予PierreAgostini、FerencKrausz和AnneL’Huillier，以表彰他们在物质中电子动态研究领域的开创性工作。这三位科学家成功开发了产生阿秒光脉冲的实验方法，为探索原子和分子内部的电子世界提供了新工具。他们的研究成果不仅揭示了电子在极短时间尺度上的行为，还为未来的电子学和医学诊断等领域的应用奠定了基础。同时AnneL’Huillier成为第5位获得诺贝尔物理学奖的女性。

费伦茨·克劳斯 (Ferenc Krausz) 将把诺贝尔奖奖金用于救助乌克兰人

费伦茨·克劳斯(FerencKrausz)将把诺贝尔奖奖金用于救助乌克兰人该协会通过其第一个项目帮助了30名在乌克兰东部失去家园的儿童，他们现在在外喀尔巴阡山脉Kisbakos村庄的小学找到了庇护所。当地时间10月3日，瑞典皇家科学院3日宣布，将2023年诺贝尔物理学奖授予皮埃尔·阿戈斯蒂尼（PierreAgostini）、费伦茨·克劳斯（FerencKrausz）和安妮·吕利耶（AnneL’Huillier），以表彰他们将产生阿秒光脉冲的实验方法用于研究物质的电子动力学，他们将平分1100万瑞典克朗（约合730万元人民币）奖金。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388069.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388069.htm

低温电子显微镜2.0：UCLA获得诺贝尔奖的成像技术又有突破性进展

低温电子显微镜2.0：UCLA获得诺贝尔奖的成像技术又有突破性进展一系列低温电子显微镜图像。灰度照片是成像支架附着在目标蛋白质上的多个视图的二维投影；彩色图片说明了从二维投影得出的三维重建。图片来源：RogerCastells-Graells/加州大学洛杉矶分校由加州大学洛杉矶分校领导的一个生物化学家小组设计出了一种解决方案，可以在成像时固定住小的蛋白质分子，这将使低温电子显微镜能够生成更清晰的小分子图像。这一进展意义重大，因为中小型蛋白质分子是癌症和其他疾病潜在新药研究的一个重点领域。2017年诺贝尔化学奖授予了开发冷冻电子显微镜（cryo-EM）的科学家，这是一项开创性技术，可对大型生物分子的原子结构进行高分辨率成像。然而，冷冻电镜仍有缺陷：它只对大分子成像有效。现在，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的生物化学家与制药业科学家合作开发出了一种解决方案，使低温电子显微镜也能获取较小蛋白质分子的高质量图像。科学家们设计了一种20纳米的立方体蛋白质结构，称为"支架"，具有类似三脚架的刚性突起，可将小蛋白质固定到位。在处理成像时，可以用数字技术将支架从图片中移除，只留下科学家们正在分析的小蛋白质的合成三维图像。附着在蛋白质KRAS（背景）上的支架电子显微镜图像。左侧圆圈显示的是一个成像支架，第二个圆圈显示的是与KRAS结合的成像支架的三维结构，第三个圆圈显示的是KRAS与抗癌药物AMG510结合的特写。图片来源：RogerCastells-Graells/加州大学洛杉矶分校中小型蛋白质是潜在新药研究的热点，这些新药有朝一日可能被用来对抗一些最棘手的人类疾病。科学家们正在对一种蛋白质进行测试，研究它在癌症治疗中的用途。研究人员预计，扩大低温电子显微镜的成像能力将有助于他们确定蛋白质上的特定位置，从而确定治疗目标。有关这项新研究的论文最近发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。低温电子显微镜的工作原理在冷冻电子显微镜中，科学家使用冷冻电子显微镜发送一束电子穿过冷冻的材料样本，留下样本中成千上万分子（如蛋白质）的图像。分子在样本中的位置会被精确成像，从而产生成千上万张从不同角度拍摄的分子二维照片。计算机对所有这些照片进行处理，形成正确的三维图像--分离背景，将方向相似的图像组合在一起，生成单个分子的高分辨率三维图像。但是，在对最小的蛋白质分子进行成像时，由于它们的尺寸极小，因此无法确定它们在图像中的方向，从而产生了分辨率相对较低的图像。在以前的研究中，科学家们试图通过将小分子附着在较大的支架上来解决这个问题，但这些实验表明，如果小分子附着得过于灵活，它们就会以不同的角度和方向从支架上突出来，这仍然会产生模糊的图像。加州大学洛杉矶分校生物化学荣誉杰出教授、加州大学洛杉矶分校能源部基因组学和蛋白质组学研究所临时所长托德-耶茨（ToddYeates）是这篇论文的通讯作者，他说："图像之所以模糊，是因为计算机在无法准确确定方向的情况下，无法生成清晰的合成图像。"在这项新研究中，科学家们创建的支架具有三脚架形状的突起，可以捕捉蛋白质并将其牢牢固定，从而获得他们想要的更高分辨率图像。耶茨说："将小分子牢固地附着在较大的支架上，就能产生足够大的颗粒来进行成像，而且这些颗粒的三维形状都完全相同。从这里开始，整个过程就像往常一样，构建出高分辨率的三维图像"。该研究的第一作者、加州大学洛杉矶分校博士后研究员罗杰-卡斯特尔斯-格拉埃尔斯（RogerCastells-Graells）说，科学家们首先尝试了另一种形状的支架，然后才确定了带有三脚架状突起的版本。他说："起初，我们使用一根向外的'棍子'，但效果并不好。新支架上的突起呈三胞胎状相互指向，就像三脚架一样，能牢牢地固定住蛋白质。"在药物开发中的应用研究人员通过尝试创建一种名为KRAS的蛋白质的图像来测试他们的支架，这种蛋白质能促进细胞增殖。它在大约25%的人类癌症中起着作用。制药研究人员对这种蛋白质特别感兴趣，因为确定蛋白质上与其致癌能力有关的特定位置，可以帮助科学家设计出中和这些位置活性的药物--这可能是治疗癌症的一条途径。加州大学洛杉矶分校领导的研究小组利用低温电子显微镜和他们开发的支架，观察了附着在药物分子上的KRAS原子结构。他们的工作证明，新的支架低温电子显微镜方法可以揭示药物分子如何与KRAS等细胞蛋白结合并抑制它们，有助于指导开发更有效的药物。据Castells-Graells称，这项新进展的潜在应用不仅限于抗癌药物。他说："我们的支架是模块化的，可以任意组合，捕捉和容纳各种小分子蛋白质。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1387189.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1387189.htm

科学家用光电谐振器带来蛋白质和材料的超快速电子表征

科学家用光电谐振器带来蛋白质和材料的超快速电子表征为了研究蛋白质--例如，在确定其生物作用机制时--研究人员需要了解样品中单个原子的运动。这很困难，不仅是因为原子是如此之小，而且还因为这种重新排列通常发生在皮秒，即万亿分之一秒。检查这些系统的一种方法是用超快的激光激发它们，然后立即用非常短的电子脉冲探测它们。根据电子在样品上的散射方式与激光和电子脉冲之间的延迟时间的关系，研究人员可以获得大量关于原子动态的信息。然而，表征初始电子脉冲是困难的，需要复杂的设置或高功率的太赫兹辐射。现在，筑波大学的一个研究小组利用一个光学谐振器来增强用晶体产生的太赫兹（THz）光脉冲的电场，这减少了表征电子脉冲持续时间所需的太赫兹光。太赫兹辐射指的是波长介于红外线和微波之间的光束。"对探测电子脉冲的精确表征是至关重要的，因为它持续的时间更长，而且与启动原子运动的激发激光束相比，通常更难控制，"共同作者YusukeArashida教授解释说。类似于一个具有正确声学的房间可以放大声音的感觉，一个谐振器可以增强波长与其大小和形状相匹配的太赫兹辐射的振幅。在这种情况下，该团队使用了一个蝴蝶形的谐振器，这是之前由一个独立研究小组设计的，用来集中脉冲的能量。通过模拟，他们发现电场增强集中在蝴蝶的"头"和"尾"的位置。他们发现，他们可以使用太赫兹条纹法测量电子脉冲持续时间，最高可达1皮秒以上。这种方法利用入射光线将电子脉冲沿垂直方向散开。在相机中形成一个"条纹"，时间信息现在被编码到所产生图像的空间分布中。高级作者MasakiHada教授说："使用电子脉冲的超快测量可以显示分子或材料的原子级结构动态，因为它们在被激光激发后会放松。"使用这种具有弱太赫兹场和几千伏/厘米强度的共振器被证明足以表征皮秒时间尺度的电子脉冲。这项工作可能会发展出对极短时间尺度的原子级运动进行更有效的检查，有可能有助于对生物分子或工业材料的研究。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335997.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335997.htm