Сверхбыстрый микроскоп для квантового мира

Работу компоненты для компьютеров будущего теперь может быть снято в HD качестве, так сказать. Маниш Гарг и Клаус Керн, исследователи из Института Макса Планка для твердотельных исследований в Штутгарте разработали микроскоп для чрезвычайно быстрых процессов, которые происходят на квантовом масштабе. Этот микроскоп — своего рода HD-камера для квантового мира — позволяет точно отслеживать движения электронов вплоть до отдельного атома. Поэтому он должен предоставлять полезную информацию, когда дело доходит до разработки чрезвычайно быстро и чрезвычайно малых электронных компонентов, например.

Процессы, происходящие в квантовом мире представляют собой вызов даже для самых опытных физиков. Например, происходящих внутри все более мощные компоненты компьютеров или смартфонов не только крайне быстро, но и внутри все меньшее пространство. Когда дело доходит до анализа этих процессов и оптимизации транзисторы, например, видео из электронов будет весьма полезной для физиков. Чтобы добиться этого, исследователи нуждаются в высокоскоростные камеры, что представляет каждый кадр этой «электрон видео» за несколько сотен аттосекунд. В аттосекунда-это одна миллиардная миллиардной доли секунды; за это время свет может только путешествовать по длине молекулы воды. В течение ряда лет физики использовали лазерные импульсы достаточно короткие длина как аттосекундных камеры.

В прошлом, однако, образ аттосекундных доставлен только моментальный снимок электрона против того, что по сути размытый фон. Теперь, благодаря работе Клаус Керн, директор Института Макса Планка по твердым государственным научно-исследовательским и Маниш Гарг, ученый кафедры Керна, ученые теперь могут точно определить, где снято электрон находится вплоть до отдельного атома.

Сверхкоротких лазерных импульсов в сочетании с помощью сканирующего туннельного микроскопа

Для этого физики использовали сверхкоротких лазерных импульсов в сочетании с сканирующем туннельном микроскопе. Последняя достигает атомарного разрешения путем сканирования поверхности с наконечником, который сам в идеале состоять не только из одного атома. Туннелировании электронов между зондом и поверхностью-то есть, они пересекли разделявшее их пространство, даже если они на самом деле не хватает энергии, чтобы сделать так. Как эффективность этого процесса туннелирования сильно зависит от расстояния электронов приходится ездить, он может быть использован для того чтобы измерить пространство между зондом и образцом и, следовательно, изобразить даже отдельные атомы и молекулы на поверхности. До сих пор, однако, сканирующем туннельном микроскопах не достигнуть достаточного временного разрешения для отслеживания электронов.

«Объединив сканирующем туннельном микроскопе с ультракороткими импульсами, это было легко, чтобы использовать преимущества этих двух методов, чтобы компенсировать их недостатки», — говорит Маниш Гарг. Исследователи огонь этих очень коротких импульсов света в микроскоп совет-который позиционируется с атомарной точностью-чтобы запустить процесс туннелирования. В результате этого высокоскоростная камера для квантового мира теперь могут также добиться разрешения HD.

Прокладывая путь для света-волновой электроники, которая в миллионы раз быстрее

С новой техникой, физики теперь можно измерить точно, где электроны в определенное время вплоть до отдельного атома и с точностью в несколько сотен аттосекунд. Например, это может быть использовано в молекулах, которые имели электрона катапультировался из них под воздействием высокоэнергетического импульсного света, ведя остальных отрицательных носителей заряда, чтобы изменить себя и, возможно, заставляя молекулы вступают в химическую реакцию с другой молекулой. «Съемки электронов в молекулах живых, и об их естественной пространственной и временной масштаб, является жизненно важным для того, чтобы понять химическую реакционную способность, например, и преобразование световой энергии в заряженных частиц, например электронов или Ионов», — говорит Клаус Керн, директор Института им. Макса Планка для полупроводниковых исследований.

Кроме того, техника не только позволяет исследователям отслеживать путь электронов через процессоры и чипы будущего, но также может привести к резкому ускорению носителей заряда: «в сегодняшних компьютеров, электроны совершают колебательные движения с частотой в миллиард Герц», — говорит Клаус Керн. «Использование сверхкоротких световых импульсов, можно увеличить их частоту до триллиона Герц.» С этим турбо бустер для световых волн, исследователи могли бы расчистить путь для света-волновой электроники, которая в миллионы раз быстрее, чем нынешние компьютеры. Таким образом, сверхбыстрый микроскоп не только снимает процессы в квантовом мире, но и выступает в качестве режиссера, вмешиваясь в эти процессы.

сделать разницу: спонсорские возможности