亚洲首个先进阿秒激光大科学装置:开启微观世界超高速探索之旅

幻翠看看趣事 2025-01-12 19:36:42

2025年1月10日,国家重大科技基础设施——先进阿秒激光设施项目启动会在广东东莞松山湖科学城举行,标志着世界第二个、亚洲首个先进阿秒激光设施正式启动建设。该设施由中国科学院承担建设,共布局10条束线和22个应用终端,其中将有6条束线及13个研究终端落地广东东莞。

阿秒是人类目前能够掌握的最短时间尺度,1阿秒等于10的-18次方秒。阿秒激光则像观察微观世界的“超级快门”,用于以超高速捕捉运动极快的电子的“动态影像”,记录它们的运动及其所决定的量子特性、磁性变化、化学反应和材料相变等现象。

阿秒激光为研究物理、化学、材料、信息、生物医学等学科中的重大科学问题提供了全新的技术手段,具有重要的科学意义和战略意义。2023年度的诺贝尔物理学奖,就颁发给了阿秒激光领域的科学家。

阿秒是人类目前能够掌握的最短时间尺度,1阿秒仅为一百亿亿分之一秒(10的负18次方秒)。阿秒激光的出现,使得观测电子的运动成为现实,是科学发展史上具有里程碑意义的重大突破。

先进阿秒激光设施由中国科学院建设,2023年12月项目可行性研究报告正式获得批复,2024年9月通过国家发展和改革委员会初步设计和概算批复。

该项目计划用5年时间,建设具有阿秒时间分辨能力和高度时空相干性特征的综合性超快电子动力学研究设施,从而实现对电子运动的跟踪、测量与操控,深入探索物质状态的演化规律,有望为我国在物质科学的前沿基础研究领域实现重大突破提供关键技术保障。

阿秒激光用于捕捉运动极快的电子的“动态影像”,记录它们的运动及其所决定的量子特性、磁性变化、化学反应和材料相变等现象。建成后将实现从纳米—软X射线到毫米—太赫兹的全波长覆盖,成为超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光—电—磁—热综合实验平台。在脉冲能量、脉冲宽度、光子能量、光子通量等性能指标上取得突破,建成具有世界先进水平的阿秒激光设施。

工程将建设宽谱段的10条超快激光束线,以及面向多学科电子动力学研究需求的22个研究终端,实现从纳米-软X射线到毫米-太赫兹的全波长覆盖,实现超高时间分辨、空间分辨、能量分辨的光-电-磁-热综合实验平台,在脉冲能量、脉冲宽度、光子能量、光子通量等性能指标上取得突破,建成具有世界先进水平的阿秒激光设施。

其中,先进阿秒激光设施西安部分主要建设4条光束线以及9个研究终端,由中国科学院西安光学精密机械研究所负责;东莞部分将落地6条束线及13个研究终端,由中国科学院物理研究所负责。

目前,欧洲的阿秒激光研究处于领先地位。2001年,欧洲科学家首次产生了阿秒激光脉冲。2023年,欧洲的阿秒激光设施在多个领域取得了重要进展,包括高次谐波过程的定量描述和阿秒脉冲的产生与测量。美国在阿秒激光技术方面也有显著进展,多个研究机构在阿秒激光的产生、测量和应用方面进行了深入研究。

2023年,美国科学家在阿秒激光的高能量应用方面取得了重要突破。日本在阿秒激光技术方面也有积极的研究,特别是在阿秒激光的产生和应用方面,日本的研究团队在多个国际会议上展示了他们的研究成果。

依托该装置,我国有望在高温超导机理、电子间直接交换作用的起源、半导体物理与器件中的输运动力学等重大科学问题,以及光合作用、药物分子中的电子动力学等关系到国家经济与国民健康的重要问题上取得突破。

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