麻省理工学院开发出能让光停止运转的纳米结构装置

2021年04月30日 20:18 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

麻省理工学院的研究人员开发了紧凑的单片设备设备,用于检测具有阿秒级时间级别的电场波形。了解光波在与材料相互作用时是如何振荡对于理解材料中光驱动的能量转移至关重要,例如太阳能电池或植物。然而,由于光波振荡的速度奇高,科学家们还没有开发出一种具有足够时间分辨率的紧凑型设备来直接捕捉它们。

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现在,由麻省理工学院研究人员领导的一个团队已经展示了芯片规模的设备,可以直接追踪光波的弱电场,因为它们在时间上有变化。他们的设备结合了一个使用短激光脉冲和纳米级天线的微芯片,易于使用,不需要特殊的操作环境,最小的激光参数,以及传统的实验室电子设备。

该团队的工作本月早些时候发表在《自然·光子学》上,可能会使开发新的光学测量工具成为可能,并应用于生物学、医学、食品安全、气体感应和药物发现等领域。

"这项技术的潜在应用很多,"共同作者Phillip Donnie Keathley说,他是小组负责人和电子研究实验室(RLE)研究科学家。"例如,利用这些光学取样设备,研究人员将能够更好地了解植物和光伏的光学吸收途径,或者更好地识别复杂生物系统中的分子特征。"

长期以来,研究人员一直在寻求测量系统在时间上的变化的方法以追踪千兆赫兹波,比如那些用于你的手机或Wi-Fi路由器的波,需要一个不到1纳秒(十亿分之一秒)的时间单位。追踪可见光波需要更快的时间分辨率--不到1飞秒(十亿分之一秒的百万分之一)。

麻省理工学院和DESY的研究团队设计了一种微芯片,利用短激光脉冲在纳米级天线的尖端产生极快的电子闪光。纳米级天线被设计用来增强短激光脉冲的场,使其强大到足以将电子从天线上扯下来,形成一个电子闪光,并迅速沉积到一个收集电极中。这些电子闪光极其短暂,只持续几百个阿托秒(1秒的几千亿分之一)。利用这些快速闪光,研究人员能够拍下更弱的光波经过芯片时的振荡快照。

研究人员说,直接及时测量光波的能力将使科学和工业都受益。当光与材料相互作用时,它的波在时间上被改变,留下里面的分子的特征。这种光场采样技术有望以比以前的方法更高的保真度和灵敏度捕捉这些特征,同时使用现实世界应用所需的紧凑和可集成的技术。

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