上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院向?qū)Ы淌诤蛷埥茉菏款I(lǐng)導(dǎo)的課題組與上?？萍即髮W(xué)萬唯實(shí)教授合作，將加速器領(lǐng)域的雙偏轉(zhuǎn)消色差技術(shù)與激光領(lǐng)域啁啾脈沖放大壓縮技術(shù)結(jié)合，在國際上首次實(shí)現(xiàn)無時間抖動電子束脈寬壓縮，并將超快電子衍射的時間分辨率提高到優(yōu)于50飛秒（1飛秒=0.000000000000001秒），將美國同行保持多年的分辨率世界記錄提高了近3倍。相關(guān)研究成果論文近日發(fā)表于《物理評論快報》。

拍攝超高時間分辨的原子電影是科學(xué)家的夢想，超快電子衍射長期以來被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)這一夢想的方法之一。

將同步輻射裝置中常用的DBA系統(tǒng)（包含兩個偏轉(zhuǎn)磁鐵和三個四極磁鐵）與直線節(jié)合理組合，可實(shí)現(xiàn)從電子源到樣品的等時傳輸。研究人員通過合理選擇DBA和直線節(jié)的參數(shù)，使得整個系統(tǒng)成為無時間色散系統(tǒng)，即電子的飛行時間不依賴于電子能量，也就不受微波的幅值抖動和相位噪聲的影響。

研究人員在實(shí)驗(yàn)中通過精確調(diào)節(jié)電子束能量獲得等時傳輸，同時調(diào)節(jié)空間電荷力的強(qiáng)度以產(chǎn)生與DBA時間色散匹配的電子束能量啁啾，獲得了超短超穩(wěn)定電子束。對1小時數(shù)據(jù)平均后，獲得的包括電子束脈寬和時間抖動卷積后的結(jié)果為40飛秒，首次突破50飛秒的分辨率障礙。

為驗(yàn)證以上的高時間分辨率，研究人員利用上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院錢冬教授課題組提供的高品質(zhì)單晶Bi樣品開展了原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中除觀察到代表A1g模式（約2.6 THz）的布拉格衍射斑強(qiáng)度振蕩外，得益于更高的時間分辨率和更高的電子亮度，也觀察到漫散射信號的振蕩，其攜帶了能量如何從電子傳遞到晶格，以及聲子之間是如何相互作用相互耦合的信息。

值得指出的是，對于X光自由電子激光，受限于電子束與激光的時間抖動，目前國際上各大裝置仍需要對X光的時間抖動或者時間慢漂進(jìn)行校正方能獲得類似的振蕩；而該實(shí)驗(yàn)得益于構(gòu)建的無時間色散系統(tǒng)，無需校正時間抖動或時間慢漂。

向?qū)П硎?，在?shí)現(xiàn)優(yōu)于50 飛秒分辨率后，研究人員正在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)施中的各項子系統(tǒng)，預(yù)期在不遠(yuǎn)的將來能獲得更高的時間分辨率，并有望使許多原來認(rèn)為不可分辨的超快物理或者化學(xué)過程成為可能。

據(jù)悉，上海交通大學(xué)兆伏特超快電子衍射與成像系統(tǒng)由基金委國家重大科研儀器設(shè)備研制專項資助，目前已完成建設(shè)并面向國內(nèi)外超快科學(xué)用戶開放運(yùn)行。論文第一作者為博士研究生齊鋒鋒。

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