清大研發「埃秒極紫外脈衝光」 再快電子都能捕捉

記者/陳士勳

國立清華大學研究團隊日前成功研發「埃秒極紫外脈衝光」,再快速的電子都能捕捉,還可進一步應用於電晶體及記憶體的設計改良,大幅提升電腦及通訊速度,該研究成果已登上著名國際頂尖期刊《科學進展》(Science Advances),也已申請美國、歐洲及台灣專利。

清大成功研發能捕捉電子在奈米世界動態的「埃秒極紫外脈衝光」。圖片來源:清大官網

清大表示,由於電子非常小,且移動速度非常快,要看清電子在奈米世界的動態,可說是十分困難,但「埃秒極紫外脈衝光」可捕捉小至5奈米的物質,在埃秒(10的負18次方秒)速率快速移動的清晰影像,且能精確拍下電子的運動,彷彿就像一台「奈米照相機」。

清大指出,奈米世界的照相機,得同時兼具針對極微小物質的「空間解析能力」,及對運動速度極快的「時間解析能力」,而清大電機系副教授陳明彰,及核工所副教授林明緯所組成的研究團隊,成功研發出高效率脈衝壓縮技術,更為全世界首個將摻鐿雷射壓縮到3000埃秒的團隊,將此光源聚焦到惰性氣體,進而產生僅有290埃秒的極紫外脈衝光。

陳明彰觀察,在提升「空間解析度」方面,光的波長愈短,愈能看到微小的物質。一般可見光的波長介於400至760奈米,其中波長最短的紫光約400奈米,「而肉眼不可見的極紫外光波長約10奈米,空間解析度最佳。」

陳明彰說明,在提升「時間解析度」方面,則必須採用更短的脈衝雷射,讓奈米照相機快門開關速度更快,因此清大獨創「展頻壓縮」技術,先激發更多新頻率光波,再將不同頻率光波的波峰,對齊在同一時間點疊加,經過多次展頻與壓縮,逐步縮短脈衝的時寬,並產生更高的雷射波峰,經由這項技術,脈衝光的寬度可從160,000埃秒,壓縮至290埃秒,總壓縮率達550倍,「一般相機最快的快門為千分之一秒,而埃秒等級照相機的快門,一次所需的時間僅是它的十兆分之一,即使電子移動再快,也能抓住。」

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