用光电谐振器带来蛋白质和材料的超快速电子表征

研究人员使用一个光电谐振器来提高一个电子脉冲探测器的灵敏度，这带来导致蛋白质和材料的超快电子表征。来自日本筑波大学的科学家们展示了如何在一个超快电子脉冲检测器中加入一个微小的谐振器结构，以减少表征脉冲持续时间所需的太赫兹辐射强度。 ]vCs9*
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为了研究蛋白质--例如，在确定其生物作用机制时--研究人员需要了解样品中单个原子的运动。这很困难，不仅是因为原子是如此之小，而且还因为这种重新排列通常发生在皮秒，即万亿分之一秒。 ]rO/I
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检查这些系统的一种方法是用超快的激光激发它们，然后立即用非常短的电子脉冲探测它们。根据电子在样品上的散射方式与激光和电子脉冲之间的延迟时间的关系，研究人员可以获得大量关于原子动态的信息。然而，表征初始电子脉冲是困难的，需要复杂的设置或高功率的太赫兹辐射。 h& Ezhv2  
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现在，筑波大学的一个研究小组利用一个光学谐振器来增强用晶体产生的太赫兹（THz）光脉冲的电场，这减少了表征电子脉冲持续时间所需的太赫兹光。太赫兹辐射指的是波长介于红外线和微波之间的光束。"对探测电子脉冲的精确表征是至关重要的，因为它持续的时间更长，而且与启动原子运动的激发激光束相比，通常更难控制，"共同作者Yusuke Arashida教授解释说。 C^ ~[b o  
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类似于一个具有正确声学的房间可以放大声音的感觉，一个谐振器可以增强波长与其大小和形状相匹配的太赫兹辐射的振幅。在这种情况下，该团队使用了一个蝴蝶形的谐振器，这是之前由一个独立研究小组设计的，用来集中脉冲的能量。通过模拟，他们发现电场增强集中在蝴蝶的"头"和"尾"的位置。他们发现，他们可以使用太赫兹条纹法测量电子脉冲持续时间，最高可达1皮秒以上。 g`H;
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这种方法利用入射光线将电子脉冲沿垂直方向散开。在相机中形成一个"条纹"，时间信息现在被编码到所产生图像的空间分布中。 B!1L W4^  
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高级作者Masaki Hada教授说："使用电子脉冲的超快测量可以显示分子或材料的原子级结构动态，因为它们在被激光激发后会放松。" @.v{hkM`  
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使用这种具有弱太赫兹场和几千伏/厘米强度的共振器被证明足以表征皮秒时间尺度的电子脉冲。这项工作可能会发展出对极短时间尺度的原子级运动进行更有效的检查，有可能有助于对生物分子或工业材料的研究。