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    告别硅芯片时代:X射线激光器发现最快电气转换率

           OFweek激光网讯——硅芯片的时代即将一去不复返!计算机芯片的细微设计变化可能将帮助打造更微型、更快速且更加强大的计算机。

      来自美国能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员发现,磁铁矿(最具磁性的天然矿物质)可能将实现最快的电气转换速度。电气转换(或是从非导电状态转换至导电状态)就是当前一般电路板的工作原理。

      该研究团队使用SLAC的直线加速器相干光源(LCLS)X射线激光器发现,该设备只用了万亿分之一秒(比现用晶体管快一千倍)就可以通过磁铁矿样品中的电气转换开关。

      据该研究论文(发表于"Nature Materials"7月28日期刊上)首席作者兼斯坦福大学材料科学研究员Roopali Kukreja介绍,该项目揭开了此类材料的电气转换"速度极限"。

      当用激光脉冲冲击磁铁矿样品时,其电子结构会重组成由数个导电区域包围的非导电"孤岛"。

      首先,研究人员利用可见光激光器来冲击样品,以将电子结构分割成可重组为孤岛的原子级。随后,使用超亮、超短波X射线脉冲以特定的间隔冲击样品,以测量该材料从非导电状态转换至导电状态所需的时间。在这之后,磁铁矿样品被冷却至-190℃以将分子变化锁定在适合的位置。后续研究在混合材料上进行,演示出了该材料在室温条件下的超快转换属性,结果表明此混合材料比磁铁矿在商业上更可行。

      该团队未来将继续对其他可诱导电气转换的混合物和技术进行研究,以试图研发出更优质的晶体管。

      据LCLS实验首席调查员兼斯坦福材料与能源科学研究所资深研究员Hermann Dürr介绍,针对新型材料的全球调查结果表明,LCLS X射线将可以帮助进一步了解原子级工艺。

      Dürr表示,虽然人们已于数千年前认识到了磁铁矿的磁性,但这种材料还存在许多有待揭开的未知奥秘。

    Viki 译 Alex 校对

      SLAC 国家加速器实验室简介:

      SLAC 国家加速器实验室,原名斯坦福直线加速器中心。 为美国能源部所属的国家实验室,在能源部的方案下由斯坦福大学指挥运作。主要的研究方向有运用电子束进行基本粒子物理的实验及理论研究、原子物理、固态物理、使用同步辐射光源的化学、生物以及医学研究。

      斯坦福线性加速器中心成立于1962年,占地426英亩(1.72平方公里),位于斯坦福大学主校区的西边。主要的加速器长达两英哩,为当时最长的线性加速器。于1966年首次启动。

      在此地进行的研究创造了三个诺贝尔物理奖:

    1976年 魅夸克的存在证据。见J/ψ介子。

      1990年 质子及中子内部的夸克结构。

      1995年 τ子的发现。

      在90年代的前半段,斯坦福线性对撞机运用大型探测器,投入Z玻色子的研究。

      2005年时SLAC 的员工超过一千人,其中约150人属于拥有博士学位的物理学家。并且每年提供超过三千名的访问学者使用粒子加速器进行高能物理实验,及斯坦福同步辐射实验室进行同步辐射研究。2006年诺贝尔化学奖的研究便受惠于此。

      在2008年十月,美国能源部宣布中心更名为 SLAC 国家加速器实验室。

      X射线激光器简介:

     ?。厣湎?/span>激光器被称作自由电子激光器。与传统激光器不同,自由电子激光器并不是通过光照或电流刺激某种物质发射光子,而是使用粒子加速器让极小的电子云穿过磁铁组,这些磁铁把电子推来推去,直到电子释放出光脉冲。传统激光器的激光波长是由发射光子的物质本身的属性决定,而自由电子激光器理论上只需改变电子的能量和磁铁组的排列就可发出各种波长的激光。

      位于美国斯坦福直线加速器中心(SLAC)国家加速器实验室内、迄今世界最强大的X射线激光器——直线加速器相干光源(LCLS)于6月30日发表了它自启动以来的第一项实验成果:其强大而独特的能力,达到了可操纵原子样本上单个电子的水平,从内到外逐个将电子剥离,形成了所谓的“空心原子”。

      由于体现出了X射线令人惊讶的强度与操控度,该结果让科学界人士大为赞赏;甚至包括研究人员自己在内,直到实验成功才真正相信,X射线已可达到如此精准之地步。

      SLAC国家加速器实验室隶属美国能源部,40余年来执着于对自然界基本规律的探索,以物理实验手段揭示了许多自然界的秘密。

      2009年4月,直线加速器相干光源(LCLS)在这里成功诞生。这个巨型激光器长130米,由实验室3公里长的直线粒子加速器提供动力,每次启动发光装置研究人员需花2小时。该设备制成耗时3年,而从计划提出到完成开工准备历时几乎10年。

      诞生伊始,研究员第一次使用大功率X射线激光器发出直线连续光,此X射线已经比其他任何人造光源发出的脉冲亮度都要高,测试光的波长为0.15纳米(nm),是当时人类创造的最短波长同时具有最大能量的光。

    此后一年时间来LCLS并未发表科研成果,但却一直被视为激光领域“质的飞跃”或“里程碑式的杰作”。因为其完全不同于所有以前的激光器:这是国际上最早提出的第四代光源之一,亦是世界上第一个发射硬X射线的自由电子激光器。所谓硬X射线,通常定义为能量较高、波长极短的X射线。

      从原理上来看,LCLS首度结合了原子尺度空间和时间分辨率,以相干量子波的形式输出X射线,是研究人员从以往传统激光器发展出来的新型光源;从效果上来讲,LCLS亮度能比以往光源高10亿倍,产生脉冲短暂到百万分之二纳秒,为满足各种应用需求,LCLS的输出可以在原子、分子和光学领域的不同设备之间进行切换??蒲Ъ颐窃は?,经过微调之后的LCLS的脉冲可帮助排列出众多材料的内部原子结构。

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