渥太华大学和马克斯普朗克光科学研究所的科学家提出了一种突破性的方法，通过结合太赫兹(THz)光谱和实时监测来促进材料科学的发现。

太赫兹波是一种电磁波，可以揭示物质隐藏的秘密。它们可以捕获其他类型辐射不可见的材料的快速变化。科学家们现在可以使用太赫兹波以每秒50,000帧的速度记录硅中热电子的实时电影——比以往任何时候都快。

在渥太华大学理学院物理学副教授Jean-MichelMénard的带领下，一组科学家使用了两种技术，啁啾脉冲编码和光子时间拉伸。

这项名为“单脉冲太赫兹光谱以50kHz的速率监测亚毫秒时间动力学”的研究发表在《自然通讯》上。

第一种技术将太赫兹脉冲携带的信息印在光学区域的啁啾超连续谱上，类似于行进的彩虹。第二个在长纤维内部及时拉伸彩虹脉冲，减慢信息速率，以便先进的电子设备实时记录。使用一系列脉冲以20微秒的间隔重复这些步骤，这些脉冲可以组合起来制作材料内部低能量动力学的电影。

“在这项研究中，我们提出了一种新颖的光子学系统，可以实时测量复杂物理现象的低能量动力学，时间分辨率接近微秒。我们的设置与众不同：它是一个紧凑的系统，取代了过去的技术只能在大型同步加速器设施中使用，并且可以快速执行时间分辨太赫兹光谱，这是一种分析各种材料的强大技术，”Ménard说。

下一步是什么?

依赖该系统的实验将追踪分子的振动共振，以研究酶在化学反应中的神秘作用，并观察生物体在温度突然升高时的无形变化。

“在凝聚态实验中，我们的快速太赫兹光子系统将用于观察一系列不可逆的电子或晶格重构，特别是在相变期间，”Ménard说。“我们预计(这)将在揭示一系列新的快速且不可重复的过程方面发挥关键作用，使太赫兹光谱成为一种更有效的表征工具，从而在材料物理学中做出有影响力的发现。”

研究人员的光子系统首次使他们能够研究不可逆的物理、化学和生物现象的行为，包括半导体中的电子传输、生物系统中的化学放热反应和蛋白质折叠。它揭示了快速和不可预测的动态的隐藏舞蹈，永远改变了我们对世界的理解。

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标签：系统材料光谱