新品來(lái)襲| “空間和時(shí)間的結(jié)合”— 納米分辨和飛秒級(jí)別的光譜

時(shí)間是和客觀實(shí)體的運(yùn)動(dòng)相聯(lián)系的，對(duì)時(shí)間認(rèn)識(shí)的廣度和精度反映的是人類對(duì)客觀認(rèn)識(shí)的廣度和精度。從孔夫子的“逝者如斯夫”到現(xiàn)代科學(xué)極限普朗克時(shí)間，人類從未放棄對(duì)時(shí)間的不斷思索。1923年，H. Hatridge等人**次通過(guò)液相反應(yīng)流動(dòng)管實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于秒級(jí)時(shí)間分辨的實(shí)驗(yàn)，由此發(fā)展而來(lái)的停-流法將時(shí)間分辨進(jìn)一步提高到數(shù)十毫秒并延用至現(xiàn)今諸多科學(xué)實(shí)驗(yàn)。1960年代開始，隨著紅寶石激光器技術(shù)的廣泛應(yīng)用，超短脈沖技術(shù)不斷突破，人類對(duì)光譜研究的時(shí)間分辨也正式步入皮秒乃至飛秒級(jí)，激發(fā)態(tài)分子內(nèi)能量轉(zhuǎn)換過(guò)程、液相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、激發(fā)能的系間躍遷速率、振動(dòng)態(tài)弛豫等一系列相關(guān)科學(xué)方向的研究因此得以蓬勃發(fā)展。

時(shí)間和空間是相互關(guān)聯(lián)的，根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論，任意運(yùn)動(dòng)過(guò)程是通過(guò)速度將空間和時(shí)間聯(lián)系在一起的，只有在極限速度下我們才可以確認(rèn)時(shí)空分割的精度。隨著超快時(shí)間光譜研究的深入，科學(xué)家們自然地將空間分辨納入到了時(shí)間分辨的討論范圍，于是一種同時(shí)結(jié)合高時(shí)間分辨和高空間分辨的技術(shù)手段應(yīng)運(yùn)而生。德國(guó)neaspec公司在10納米空間分辨光譜技術(shù)上，利用獨(dú) 家的雙光路設(shè)計(jì)，集成第二路超快激發(fā)光，實(shí)現(xiàn)了Z高50飛秒的超快光譜測(cè)量，**次將超高的時(shí)間分辨和空間分辨進(jìn)行了統(tǒng)一。

圖一：AFM探針上的雙光路設(shè)計(jì)確保時(shí)間分辨光譜的實(shí)現(xiàn)

2014年，該設(shè)計(jì)理念在實(shí)驗(yàn)室成功搭建并商業(yè)化后，首先在紅外光譜領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體載流子激發(fā)-衰減過(guò)程，黑磷表面極化電子-空穴生成，相變材料光誘導(dǎo)響應(yīng)速度等一系列微納領(lǐng)域超快過(guò)程的研究。近年來(lái)，太赫茲光譜技術(shù)逐漸興起，由于其具有能量低，生物友好，兼有電子學(xué)和光子學(xué)特點(diǎn)等特性而受到廣泛關(guān)注。neaspec公司也于今年推出了一款全新的基于太赫茲TDS技術(shù)的納米超快光譜，實(shí)現(xiàn)了在太赫茲波段的pump-probe集成。

圖二：A. 納米超快光譜在一維納米線中對(duì)載流子衰減過(guò)程的研究；B. 納米超快光譜在多層石墨烯中泵浦激發(fā)消逝過(guò)程的研究

參考文獻(xiàn)：

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