安裝在實驗臺上的太赫茲增強電子衍射儀。圖片來源：DESY
德國電子同步加速器研究所（DESY）的科學家建造了一個小巧的電子攝像機，它可以捕捉到物質內部超快的動力學過程。該設備向檢測樣品發射短束電子，拍攝其當前內部結構的快照，這是第一個使用太赫茲輻射進行脈沖壓縮的電子衍射儀。研究人員通過硅樣品研究驗證了該太赫茲增強超快電子衍射儀的準確性，相關論文近日刊登于《超快科學》。
電子衍射是研究物質內部結構的一種方法。當電子撞擊或穿過固體樣品時，它們會被固體內部晶格中的電子偏轉。科學家利用記錄在探測器上的衍射圖樣可以計算出固體的內部晶格結構。為了探測這種內部結構的動態變化，必須使用足夠明亮的短束電子。通常，超快電子衍射使用的束長或曝光時間約為100飛秒，即0.1萬億分之一秒。
這種短的電子束通常可以由最先進的粒子加速器高質量地產生。然而，這些機器通常又大又笨重，部分原因是它們使用無線電頻率輻射在千兆赫波段工作，通常輻射的波長決定了整個設備的大小。DESY團隊使用的是太赫茲輻射，波長大約為通常輻射波長的1/100。研究人員表示這意味著裝置大小是原來的1/100。
在原理證明研究中，科學家向一個由短激光脈沖加熱的硅晶體發射了每束約10000個電子。這些束長約180飛秒，清楚地顯示了激光擊中晶體后硅樣品晶格如何在1皮秒（一萬億分之一秒）內迅速膨脹。
下一步，科學家計劃增加電子的能量。更高的能量意味著電子可以穿透更厚的樣品。（魯亦）
相關論文信息：https://doi.org/10.34133/2021/9848526
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