上海交通大學物理與天文學院教授向導和院士張杰領導的課題組與上海科技大學教授萬唯實合作，將加速器領域的雙偏轉消色差技術與激光領域啁啾脈沖放大壓縮技術結合，在國際上首次實現(xiàn)無時間抖動電子束脈寬壓縮，并將超快電子衍射的時間分辨率提高到優(yōu)于50飛秒（1飛秒=千萬億分之一秒），將美國同行保持多年的分辨率世界紀錄提高了近3倍。相關研究論文近日發(fā)表于《物理評論快報》。

　　拍攝超高時間分辨的原子電影是科學家的夢想，超快電子衍射長期以來被認為是實現(xiàn)該夢想的方法之一。

　　將同步輻射裝置中常用的DBA系統(tǒng)（包含兩個偏轉磁鐵和三個四極磁鐵）與直線節(jié)合理組合，可實現(xiàn)從電子源到樣品的等時傳輸。研究人員通過合理選擇DBA和直線節(jié)的參數(shù)，使得整個系統(tǒng)成為無時間色散系統(tǒng)，即電子的飛行時間不依賴于電子能量，con不受微波的幅值抖動和相位噪聲影響。

　　研究人員在實驗中通過精確調節(jié)電子束能量獲得等時傳輸，同時調節(jié)空間電荷力的強度以產(chǎn)生與DBA時間色散匹配的電子束能量啁啾，獲得了超短超穩(wěn)定電子束。對1小時數(shù)據(jù)平均后，獲得包括電子束脈寬和時間抖動卷積后的結果為40飛秒，首次突破50飛秒的分辨率障礙。

　　為驗證以上的高時間分辨率，研究人員利用高品質單晶Bi樣品開展了原理驗證實驗。實驗中除觀察到代表A1g模式（約2.6 THz）的布拉格衍射斑強度振蕩外，得益于更高的時間分辨率和電子亮度，也觀察到漫散射信號的振蕩，攜帶了能量如何從電子傳遞到晶格，和聲子之間是如何相互作用、相互耦合的信息。

　　向導表示，在實現(xiàn)優(yōu)于50飛秒分辨率后，研究人員正在進一步優(yōu)化設施中的各項子系統(tǒng)，預期在不遠的將來能獲得更高的時間分辨率，并有望使許多原來認為不可分辨的超快物理或者化學過程成為可能。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.124.134803