国家重大科技基础设施“先进阿秒激光”正式在广东东莞开工建设。是不是光听名字就觉得不明觉厉?“阿秒”这个词,瞬间把我们带入了一个极其微观、超快的世界。1 阿秒等于10的负18 次方秒,也就是一百亿亿分之一秒,在这转瞬即逝的刹那,光仅仅能前行约 0.3 纳米,这可是目前人类能够掌控的最快时间尺度。它的开工,无疑是在科技领域投下了一颗震撼弹,即将为我们揭开微观世界的神秘面纱,开启超多全新可能,是不是已经迫不及待想深入了解啦?
先进阿秒激光设施由国家科学院承担建设,布局10条束线和22个应用终端,共占地140亩。此次开工建设的6条束线由中国科学院物理研究所负责,另外4条束线将在陕西西安建设,由中国科学院西安光学精密机械研究所负责。该设施将具备阿秒级时间分辨能力和高度时空相干性,阿秒激光的超短脉宽和高空间分辨率等特性,可用于探索高速光电器件、超导材料、光伏发电、光合作用等过程中的深层次超快动力学过程。它将为物理、化学、材料、信息、生物医学等多学科前沿基础研究和产业应用提供有力支撑,有望在基础研究和产业技术领域催生新突破。建成后,先进阿秒激光设施将成为亚洲首个、世界第二个阿秒激光大科学装置,有望成为探索微观世界的重要里程碑。
阿秒究竟为何物?聊到阿秒激光,咱得先搞清楚啥是 “阿秒”。阿秒是时间单位,1 阿秒等于 10 的负 18 次方秒,这啥概念呢?1 秒钟,光都能跑 30 万千米,绕地球赤道 7 圈半了,可在 1 阿秒里,光就只能挪动差不多 0.3 纳米,也就相当于原子的个头大小。生活里,咱们眨个眼大概 0.3 秒,这期间光跑了 9 万千米,对比之下,阿秒简直短得不可思议,它可是目前人类能掌控的最快时间尺度,之前科学家们想达到这个精度,那比登天还难!
阿秒激光如何捕捉电子运动?那阿秒激光又是咋捕捉电子运动的呢?这就得讲讲它的原理,阿秒激光靠的是高次谐波生成技术。简单来说,科学家把一束超强的飞秒激光脉冲聚焦到气体靶材料上,这超强激光场一作用,气体原子的电子就被硬生生拽离原子核,变成自由电子了;接着激光场振荡,电子又像被拉着风筝线一样,跑回来跟原子核重新结合,这一结合不得了,会释放出额外能量,以高次谐波形式发射高能光子,最后把这些高次谐波滤波、聚焦,必要时再压缩下脉冲,阿秒级超短脉冲就诞生啦!这就相当于给微观世界装了个超高速摄像机,以往咱看电子运动,就跟雾里看花,现在阿秒激光一照,电子在原子里咋跑、咋相互作用,全都一清二楚,帮科学家突破了观测微观世界的大难题。
探寻物质世界的本质在基础研究领域,阿秒激光那可是 “神通广大”。先看物理学,超导现象一直像个神秘的 “宝藏”,大家都知道电子的超快运动对超导起着关键作用,可之前一直没办法直接看清电子咋配对、咋相互作用。现在有了阿秒激光,科学家就像拿到了一把神奇的钥匙,能够实时观测电子的配对过程,精准测量电子之间相互作用的时间尺度。这对揭示超导机制、探索高温超导材料意义非凡啊!要是超导技术突破了,无损输电、超强磁场这些变革性应用就能走进现实,咱们用电更高效,医疗设备、交通设施里的超导部件性能也会大幅提升,开启全新的科技篇章。
在疾病诊断上,阿秒激光更是能 “大显身手”。早期病变往往伴随着生物分子的细微变化,传统检测手段这时候就 “力不从心” 了,难以及时察觉。生物医学领域,阿秒激光更是 “潜力无限”。生物分子的功能实现,像蛋白质的催化活性、核酸的信息传递,都和电子运动紧密相连。化学领域对阿秒激光也是 “爱不释手”。化学反应本质上就是原子间电子的重新分布,化学键断裂、形成的过程,发生时间往往在阿秒量级。
半导体与通讯:芯片制造、5G 发展的助推器半导体与通讯领域,阿秒激光更是 “大显神通”。芯片制程不断缩小,对电子行为精准把控的要求越来越高,这可是难倒了一众工程师。阿秒激光此时闪亮登场,它能够精确探测电子在半导体材料中的输运动态,帮助工程师清晰理解电子散射、隧穿等过程。就好比给芯片设计师配上了 “透视眼”,让他们能看穿芯片内部电子的 “小动作”,进而优化芯片设计,突破现有制程瓶颈,研发出性能更卓越、功耗更低的下一代芯片,推动电子产品如智能手机、电脑等向更高性能、更轻薄方向迈进。在超高通量通讯方面,信息传输速率的飙升需要在极短时间内处理海量数据。
阿秒解锁微观世界先进阿秒激光设施开工建设,无疑是为中国乃至全球科技发展注入了一剂 “强心针”。它像是一把神奇的钥匙,解锁了微观世界的重重奥秘;从基础研究里对物质本质的深挖,到生物医学中为人类健康的护航,再到产业技术上给高科技产业的赋能,阿秒激光展现出了无与伦比的魅力与潜力。咱们翘首以盼它建成的那一天,相信届时必将在科学界掀起惊涛骇浪,催生一系列改写人类发展进程的重大突破,让中国稳稳站在世界科技前沿,为人类文明进步作出不可磨灭的卓越贡献!