来源：伯纳德•里兹克（Bernard RizkRizk），加拿大渥太华大学（University of Ottawa）；太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

来源：《自然通讯》（2023） DOI: 10.1038/s41467-023-38354-3

    来自加拿大渥太华大学（University of Ottawa）与德国马克斯•普朗克光科学研究所（ Max Planck Institute for the Science of Light）的科学家们提出了一种突破性的方法，将太赫兹光谱和实时监测相结合，可以促进材料科学的新发现。

    太赫兹波是一种可以揭示物质秘密的电磁波。它们可以捕捉到其他类型辐射都无法监测，却发生在材料内部的迅速变化。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影像——其成像速度比以往任何时候都快。

    在渥太华大学理学院物理学副教授让•米歇尔•梅纳德（Jean-Michel Ménard）的领导下，该研究团队使用了两种技术——啁啾脉冲编码与光子时间拉伸。

    该项研究的结果——“单脉冲太赫兹光谱以50 kHz的速率监测亚毫秒时间动力学 ”发表在了最近的《自然通讯》杂志上。

    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，该超连续谱类似于行进中的彩虹。第二种是在长纤维内延长彩虹脉冲的时间，以减缓信息的传输速度，从而可以通过先进的电子设备进行实时记录。使用20微秒间隔的脉冲串，可以重复这些步骤，而这些脉冲又可以组合在一起，进而生成出材料内部低能动力学的影像资料。

    “在这项研究中，我们提出了一种新型光子学系统，该系统可以实时测量复杂物理现象的低能动力学，而且时间的分辨率可以接近微秒。我们的设置方法与众不同：这个系统十分紧凑，取代了只有在大型同步加速器设施中才能使用的技术，因此可以快速执行时间分辨太赫兹光谱，这是一项强大的技术，可以用在分析各种材料中，”梅纳德表示。

    接下来一步是什么？

    依赖该系统的实验将追踪分子的摇摆共振，以研究酶在化学反应中所起的神秘作用，并观察生物体在温度突然升高时所产生的无形变化。

    梅纳德说：“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，尤其是在相变过程中。我们预计，（这）将在揭示一系列快速且不可再生的新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，将在材料物理学中做出有影响力的发现。”

    研究人员所建立的光子系统，使他们首次能够研究不可逆的物理、化学与生物现象的行为，包括半导体中的电子传输、化学放热反应和生物系统中的蛋白质折叠。它如同揭示了物质在快速却不可预测的动态变化中所隐藏的神秘舞步，并将永远改变我们对于这个世界的理解。