物理学家对氦原子中两个电子的运动进行成像和控制 2018-07-23 03:06:00

$888.88
所属分类 :注册送体验金

电子双人道:海德堡的物理学家拍摄了氦原子中电子对的脉冲运动在153飞秒(fs)处,两个电子靠近原子核(图像中心),然后远离它

颜色表示在通过原子(沿着激光的偏振方向)绘制的线上在位置A(垂直轴)和位置B(水平轴)处找到一个电子的概率在163飞秒时它们再次返回到它们的原始位置;因此,它们以大约一飞秒的速度移动使用阿秒定时激光闪光,一组物理学家成为第一个成像和控制氦原子中两个电子运动的物理学家不断推进他们可以对物质施加的控制德国 - 西班牙团队与海德堡马克斯普朗克核物理研究所的研究人员合作,现在已成为第一个用氦原子对两个电子的运动进行成像,甚至控制这种电子伴侣舞的科学家

科学家们正在成功完成这项任务

借助于不同的激光脉冲,它们相对于彼此非常精确地定时

它们采用了可见的闪光和极紫外脉冲的组合,仅持续几百阿秒

一个阿秒对应于十亿分之一秒的十亿分之一秒物理学家的目标是特别影响电子对的运动,因为他们想要彻底改变化学:如果激光可以瞄准在分子中配对的键合电子,它们可能产生不能用常规化学方法产生的物质电子很难掌握物理学家不能确定它们在原子中的精确位置,但它们可以缩小电荷载体的区域最有可能定位当电子移动时,这会导致电子位置最高的区域发生变化

在一些电子状态中 - 物理学家称它们为叠加态 - 这种运动表现为具有规则节拍的脉冲

科学家与马克斯普朗克核物理研究所主任托马斯·普法伊弗合作,这一脉冲运动恰好记录了一系列氦原子图像

他们观察了电子对如何在原子核附近跳动并稍微移开从那以后,研究人员对观察者的角色不满意了他们还积极介入电子编舞他们制定了电子伴侣舞蹈的节奏,可以这么说“原子中单个电子的运动已经经常被成像,甚至也被操纵过,”Christian Ott说,他是第一作者

研究“我们现在已经实现了一对短时间结合在一起的电子”当电子移动时,可以产生分子键一方面,电子对的研究对于想要的物理学家来说是有用的

更好地理解原子和分子如何与光相互作用,因为这种相互作用通常涉及两个或多个电子

另一方面,如果它们能够引导电子对,则对化学很有用,因为典型的化学键只包括这样一对;这意味着化学家在想要创造或破坏分子键时必须始终移动至少两个电子为了在氦原子中编排和电影电子,海德堡的物理学家通过一个带有氦气的电池发送了两个激光脉冲

不仅是能量,即脉冲的颜色,这在这里是重要的,而且它们的强度和它们之间的间隔研究人员首先借助于紫外线闪光将氦的电子移动到超快脉冲状态它们仅成功因为这个脉冲的持续时间短于一个飞秒(十亿分之一秒的百万分之一),然而这是一对电子需要多长时间的脉冲运动,其中该对最初接近于原子核,然后远离它,然后再次返回原子核研究人员然后使用一个微弱的,可见的激光脉冲来确定电子在那个特定时刻在哪里跳舞 通过改变紫外阿秒脉冲和可见光脉冲之间的间隔,他们制作了一部电子舞蹈电影:“虽然我们不直接想象电子的位置,”托马斯普法伊费尔解释说,“可见脉冲为我们提供了亲戚叠加状态的相位“相位描述了振荡的来回,因此描述了电子对的节奏运动

在这种情况下,它告诉物理学家他们在电子所在的氦原子周围的自然旁路的哪一点

特定时刻海德堡的团队使用先前研究的结果来确定舞蹈动作从现有的知识中,他们确定电子在不移动时的位置“通过我们在这里测量的相位信息和我们先前的知识,我们重建在哪里电子是在给定的时间,“Pfeifer He和他的同事的实验结果与最先进的理论结果非常一致他们的合作者Luca Argenti和FernandoMartín在西班牙马德里自治大学进行了研究,证实了实验和计算方法的有效性强烈的可见激光脉冲改变了电子舞的节奏

海德堡的物理学家也依靠这些模拟来证实他们实验的第二部分这里的可见激光脉冲不仅可以用作相机,还可以作为电子脉冲运动的起搏器

当它们增加脉冲强度时,电子接近的时间点原子核或远离它的时间转移研究人员还在一个图像序列中记录电子舞蹈的节奏和编排是如何改变的,Thomas Pfeifer和他的同事还没有能够解释他们观察到的所有细节

他们希望通过更全面的实验来改变这一点脉冲等在未来的实验中,他们还希望非常详细地跟踪电子对的后续命运,因为叠加状态下的电子舞以两个伙伴中的一个从原子中弹出而结束,结果是原子被电离这些电离也在许多化学反应中发挥作用更好地理解这种野生双电子舞可以告诉化学家如何将反应引导到所需的方向和产物通道此时,最近,阿秒物理将为化学创造新的工具以及出版物:Christian Ott等,“重建和控制时间依赖的双电子波包”,Nature 516,374-378(2014年12月18日); doi:101038 / nature14026来源:马克斯普朗克研究所图片:核物理学硕士