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美国开发直接测量电子速度技术

导读: 据美国物理学家组织网3月1日(北京时间)报道,美国物理学家表示,他们探索出了一种探测电流的新方法。这一方法基于二次谐波产生的过程,就像一个能远程监控电子速度的“雷达测速仪”一样,能直接“看”到电子的运动并测出电子的速度。

  据美国物理学家组织网3月1日(北京时间)报道,美国物理学家表示,他们探索出了一种探测电流的新方法。这一方法基于二次谐波产生的过程,就像一个能远程监控电子速度的“雷达测速仪”一样,能直接“看”到电子的运动并测出电子的速度。相关研究论文发表在《物理评论快报》杂志上。

  美国堪萨斯大学的物理学助教赵辉(音译)和教授朱迪•吴等人在超快激光实验室进行了这项实验。他们发现,高能激光器发出的光照射在一种包含有移动电子的材料上时,会产生不同颜色的光。在实验中,他们仔细研究了纤薄的砷化镓晶体材料,该材料广泛应用于高速电子学和高速光子学。通过朝整块晶体施加电压,他们让电子以特定的速度在晶体内流动。用人眼看不见的红外激光脉冲照射该晶体,会产生人眼可见的红光,这正是二次谐波产生过程出现的信号。

  他们还发现,红光的亮度与电子的速度成比例,也就是说电子运动速度越快,红光越亮;而当电子没有直接运动时,没有红光出现。赵辉表示:“通过探测红光,我们能精确测量电子的速度,电子不需要同其他样本接触;我们也不会干扰电子的活动。在此项研究之前,现有探测实验技术都基于电流有三个效应:它能为系统充电、改变系统的温度并产生磁场。而科学家最新发现,电流还具有光子效应,这种使用激光研究电流的新方法完全基于这一最新效应。”

  研究人员表示,新方法有望改善现今的很多可再生能源技术,诸如太阳能电池、人工光合作用以及水分解等,因为这些技术都依靠对电流进行探测。而且,能更好“阅读”电子运动的传感器可能会成为下一代手机和计算机的基础。

  第二次工业革命一百多年来,电子定向运动产生的电流、电力使人类生产生活发生了巨变。然而,对于电子定向运动速度这个决定电流强弱的重要物理量,科研人员之前只能通过系统温度、磁场等效应来间接测量。这就好比通过拍照和后期比对来确定物体的移动速度,程序繁琐且费时费力。科学家的最新发现,不仅能将电子速度转化为更为直观的光学信息,更为重要的是使测量方法手段更加简便。可以料想,有了电子速度的“雷达测速仪”,小小电子将被激发出更多“潜能”。

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