Mira los electrones que "ves" -
Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología,
nosotros somos. ¡Entrando en un mundo microscópico cada vez más pequeño!
A través de microscopios ópticos, microscopios electrónicos,
microscopios crioelectrónicos y otros equipos,
las personas han mejorado la resolución espacial para
Ayae , cerca del límite teórico.
¡Cuando ingresas a Yael, puedes ver claramente la disposición de los átomos!
Sin embargo, para comprender y describir el mundo material
Para obtener una comprensión más profunda de sus características esenciales, es necesario realizar mediciones de series temporales y mediciones transitorias de sus cambios de movimiento. .
Entonces, ¿cuál puede ser la resolución temporal?
01 Entre todas las artes marciales del mundo, sólo las rápidas no pueden ser derrotadas.
Debido al efecto de persistencia de la visión humana, la resolución temporal del ojo es de sólo decenas de milisegundos. En el caso de objetos que se mueven o cambian en 42 milisegundos, el ojo humano apenas puede discernir los detalles con claridad. Hasta la llegada de las cámaras de alta velocidad, los humanos podían observar objetos en movimiento a alta velocidad.
La fotografía de alta velocidad utiliza tiempos de exposición o flashes extremadamente cortos para congelar o "congelar" objetos en movimiento y cambiantes en uno o una serie de momentos: fotogramas. los cambios son insignificantes. Cuando se reproduce cuadro por cuadro, podemos observar, estudiar o apreciar los detalles cambiantes.
¿Cuál es la escala de tiempo del movimiento de moléculas, átomos y electrones en el mundo microscópico? ¿Por qué estudiar la escala de tiempo del mundo microscópico? ¿Cómo estudiar?
02 Frontier Science Issues
La principal revista internacional de ciencia y tecnología, "Science", planteó 125 de los temas científicos de vanguardia más desafiantes, entre ellos:
Superconductores Maglev
1. Superconductividad, magnetismo y otras físicas de la materia condensada: todas implican el estudio de la dinámica microscópica. Por ejemplo, en la investigación superconductora, conocer el tiempo de formación de los pares de Cooper es de gran importancia para comprender el mecanismo de la superconductividad a alta temperatura, descubrir nuevos materiales superconductores y comprender la superconductividad transitoria a temperatura ambiente.
2. La generación de energía fotovoltaica se considera la principal opción para la próxima generación de energía limpia; su proceso físico es principalmente la transferencia de carga superficial inducida por la luz, y el proceso de transferencia de carga a menudo ocurre en femtosegundos o femtosegundos. incluso en el nivel attosegundo. La investigación al respecto puede ayudar a descubrir materiales fotovoltaicos con mayor eficiencia de conversión.
Ciencias de la Información
3. La aplicación y el desarrollo de la tecnología electrónica moderna se basan en materiales semiconductores, y los semiconductores tienen una pequeña banda prohibida entre la banda de conducción y la banda de valencia, por lo que tiene tiempo de respuesta muy largo.
El uso de campos de luz ultrarrápidos para impulsar el movimiento de electrones en materiales semiconductores ha demostrado que es posible alcanzar velocidades de conmutación de PHz, que son más de 10.000 veces superiores al reloj actual de la CPU, lo que se espera que promueva avances y desarrollo en la tecnología informática.
Biología molecular y biomedicina
4. La migración de electrones en biomoléculas como las proteínas en biología molecular y biomedicina es importante para comprender las reacciones bioquímicas, los mecanismos de acción de los fármacos, la transferencia de información y energía y el daño por radiación. , la variación biológica, el mecanismo patogénico microscópico del cáncer y la clave para el funcionamiento de las funciones fisiológicas.
Comprender estos procesos de transferencia de carga ayudará a comprender el mecanismo de las reacciones bioquímicas y, en última instancia, lograr la regulación de los procesos anteriores, cambiando así las funciones biológicas para servir a los humanos.
¡En 100 años de mecánica cuántica, la observación directa del movimiento de los electrones está casi en blanco!
Pregunta científica cuello de botella:
¡Comprensión del comportamiento y la dinámica de la microelectrónica!
El académico Hou Xun, uno de los fundadores de la óptica transitoria en mi país, dijo: "En física, química, biología, materiales, energía y otras disciplinas, lo más fundamental es el movimiento de los electrones. Se deben desarrollar ciencia y tecnología nuevas y originales”.
La dificultad con estos problemas radica en la incapacidad de comprender y revelar fundamentalmente la naturaleza de estos problemas: las leyes del movimiento de los electrones.
Y los electrones están en perpetuo movimiento a ultra alta velocidad, entonces, ¿cómo se pueden rastrear y medir?
03 Láser de attosegundo
La aparición del láser de attosegundo proporciona un medio revolucionario para resolver estos desafiantes problemas científicos.
¿Qué es un segundo? ¿Por qué los pulsos de attosegundos son la única herramienta que puede medir directamente el comportamiento transitorio de los electrones?
Diferentes resoluciones temporales corresponden a diferentes procesos físicos y diferentes niveles del mundo.
El tiempo característico de rotación y vibración de las moléculas pequeñas es del orden de picosegundos a femtosegundos, y el tiempo característico del movimiento de los electrones dentro de los átomos es del orden de subfemtosegundos, es decir, attosegundos. Un segundo es una unidad de tiempo muy corta, 1 segundo = 10-18 segundos. ¿Qué tan corto es un segundo?
Si "un segundo" parpadea una vez a razón de 1 por segundo, entonces en un abrir y cerrar de ojos, "un segundo" puede parpadear cientos de millones de veces.
Según el modelo atómico de Bohr, el tiempo que tarda un electrón en dar la vuelta al núcleo es de 152 attosegundos por revolución.
Dado que la duración de los pulsos láser ultrarrápidos es más corta que el tiempo de relajación de los átomos o moléculas, se puede utilizar como un "obturador de tiempo" extremadamente corto para registrar los procesos transitorios de átomos, moléculas y electrones en imágenes microscópicas. sustancias, revelando así nuevos fenómenos físicos y químicos.
00:30
Por lo tanto, el proceso instantáneo de movimiento de electrones se puede "fotografiar" con pulsos de attosegundos (entre 10 y 18 segundos).
Los pulsos de láser de attosegundos pueden cruzarse con casi todas las disciplinas, incluidas la física, la química, la biología, la medicina, la información, los materiales, etc. Seguramente se convertirá en una poderosa fuerza impulsora del progreso científico y tecnológico en el mundo actual.
¡Se puede decir que el láser de attosegundos es una poderosa fuerza impulsora del progreso científico y tecnológico en el mundo actual!
04 Investigación del pulso láser de attosegundos, ¡estamos tomando medidas! ¡Tengamos una lluvia de ideas internacional!
Con el fin de seguir desarrollando nuevas tecnologías y aplicaciones de la física ultrarrápida y la ciencia de attosegundos, el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China y el Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China celebrarán el 65438 de junio del 16 de octubre al 18 de junio de 2022. Maquinaria de rayos X de la Academia de Ciencias de China La "Conferencia Internacional sobre Oportunidades Científicas Soal-2022 con Láser Avanzado de Attosegundos", copatrocinada por el Instituto y el Laboratorio de Materiales del Lago Songshan, se llevó a cabo en línea y en la Comunidad Internacional de Innovación y Emprendimiento del Lago Songshan de Dongguan. 65.438 02 países, más de 438.050 expertos asistieron a este evento y más de 65.438.07.000 personas participaron en la reunión viendo la transmisión en vivo. * * * Cincuenta y ocho expertos pronunciaron discursos de apertura, que abarcaron física, química, biología, medicina, información, materiales y otras disciplinas, demostrando el potencial de los pulsos de attosegundos como poderosa fuerza impulsora del progreso científico y tecnológico en el mundo actual.
La conferencia recibió un amplio apoyo y respuesta de expertos en el campo nacionales y extranjeros. Con el rápido desarrollo de la física ultrarrápida y la tecnología experimental, se ha hecho posible detectar la dinámica multicuerpo de electrones y átomos en la materia en tiempo real en el nivel de attosegundo-femtosegundo, lo que tiene enormes aplicaciones en los campos de la física, la química, perspectiva de los materiales, la vida y otras ciencias. El mayor desarrollo de dispositivos láser avanzados de attosegundos que combinan terahercios ultrarrápidos y rayos X proporcionará a los científicos capacidades de resolución temporal ultraalta para comprender completamente las propiedades dinámicas microscópicas de la materia, revelando así el comportamiento de la materia en la escala espacio-temporal de attosegundos/nanómetros. Procesos estructurales y dinámicos.
Creo que con los esfuerzos conjuntos de científicos nacionales y extranjeros, basados en el desarrollo de la ciencia ultrarrápida y de attosegundos, esto abrirá una puerta para la investigación básica, la investigación aplicada y la industrialización, profundizando a un nuevo nivel y entrar en una nueva era.