上海交通大學物理與(yu) 天文學院向導教授和張傑院士領導的課題組與(yu) 上海科技大學萬(wan) 唯實教授合作，將加速器領域的雙偏轉消色差技術與(yu) 激光領域啁啾脈衝(chong) 放大壓縮技術結合，在國際上首次實現無時間抖動電子束脈寬壓縮，並將超快電子衍射的時間分辨率提高到優(you) 於(yu) 50飛秒（1飛秒=0.000000000000001秒），將美國同行保持多年的分辨率世界記錄提高了近3倍。相關(guan) 研究成果論文近日發表於(yu) 《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(wei) 是實現這一夢想的方法之一。

將同步輻射裝置中常用的DBA係統（包含兩(liang) 個(ge) 偏轉磁鐵和三個(ge) 四極磁鐵）與(yu) 直線節合理組合，可實現從(cong) 電子源到樣品的等時傳(chuan) 輸。研究人員通過合理選擇DBA和直線節的參數，使得整個(ge) 係統成為(wei) 無時間色散係統，即電子的飛行時間不依賴於(yu) 電子能量，也就不受微波的幅值抖動和相位噪聲的影響。

研究人員在實驗中通過精確調節電子束能量獲得等時傳(chuan) 輸，同時調節空間電荷力的強度以產(chan) 生與(yu) DBA時間色散匹配的電子束能量啁啾，獲得了超短超穩定電子束。對1小時數據平均後，獲得的包括電子束脈寬和時間抖動卷積後的結果為(wei) 40飛秒，首次突破50飛秒的分辨率障礙。

為(wei) 驗證以上的高時間分辨率，研究人員利用上海交通大學物理與(yu) 天文學院錢冬教授課題組提供的高品質單晶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，得益於(yu) 更高的時間分辨率和更高的電子亮度，也觀察到漫散射信號的振蕩，其攜帶了能量如何從(cong) 電子傳(chuan) 遞到晶格，以及聲子之間是如何相互作用相互耦合的信息。

值得指出的是，對於(yu) X光自由電子激光，受限於(yu) 電子束與(yu) 激光的時間抖動，目前國際上各大裝置仍需要對X光的時間抖動或者時間慢漂進行校正方能獲得類似的振蕩；而該實驗得益於(yu) 構建的無時間色散係統，無需校正時間抖動或時間慢漂。

向導表示，在實現優(you) 於(yu) 50 飛秒分辨率後，研究人員正在進一步優(you) 化設施中的各項子係統，預期在不遠的將來能獲得更高的時間分辨率，並有望使許多原來認為(wei) 不可分辨的超快物理或者化學過程成為(wei) 可能。

據悉，上海交通大學兆伏特超快電子衍射與(yu) 成像係統由基金委國家重大科研儀(yi) 器設備研製專(zhuan) 項資助，目前已完成建設並麵向國內(nei) 外超快科學用戶開放運行。論文第一作者為(wei) 博士研究生齊鋒鋒。

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