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在奈米世界中，由於電子極小且移動速度非常快，要追蹤看清電子的動態十分困難。因此奈米世界的「照相機」需要有極佳的空間與時間解析能力。清華大學電機系副教授陳明彰及核工所副教授林明緯組成的研究團隊獨創「展頻壓縮」（cascaded focus and compression, CASCADE）技術，產生290埃秒（attosecond, as）的極 紫外脈衝光創下新紀錄，將有機會如同「奈米照相機」 用以追蹤電子動態。相關研究成果登上國際頂尖期刊 《科學進展》（Science Advances）。

在拍攝快速移動的物體時需要搭配速度夠快的快門，才能有足夠的時間解析與分析追蹤物體的運動。舉例來說，如果拍攝正在飛行的蜂鳥，在快門不夠快的情況下只能看見一片殘影。而在「奈米相機」的世界中，要提升時間解析度則必須製造出更短的脈衝雷射，讓奈米照相機的快門開關速度更快。但如何才能讓每一發脈衝雷射的時間更短呢？清華大學研究團隊 研發出獨創的「展頻壓縮」技術，突破瓶頸。透過先激發更多新頻率光波，再將不同頻率光波的波峰對齊在同一時間點疊加，經過多次的展頻與壓縮後，即可逐步縮短脈衝的時寬、並產生更高的雷射波峰。藉由這項技術，脈衝光的寬度可從16萬埃秒壓縮至290埃秒，總壓縮率達550倍。透過此技術所研發出的「埃秒等級照相機」，它的快門喀嚓一次所需的時間僅是一般相機快門的十兆分之一，即使電子移動得再快也能記錄到它的軌跡。

另外在微觀的世界中，還需要提高「空間解析度」才能把微小的物品看清楚，此一空間解析度與光的波長有關，波長愈短，愈能看到微小的物質。一般人類肉眼可見的光波長範圍在400∼760奈米（nm）之間，波長最短的紫光波長約為400奈米。清華大學研究團隊在此處採用肉眼不可見的極紫外光，波長約為10奈米，可捕捉小至五奈米的物質在埃秒速率快速移動的清晰影像。

此處產生的290埃秒的極紫外脈衝光創下新紀錄，相關創新成果已申請美國、歐洲、臺灣專利，未來有機會應用於精密的半導體奈米級元件檢測技術及機臺等， 作為光源透入材料解析微小結構。此技術可望進一步 增進電晶體及記憶體的設計改良空間，大幅提升電腦及通訊速度。

（123RF）

新聞來源
1. Tsai, M. S. et al. (2022). Nonlinear compression toward high-energy single-cycle pulses by cascaded focus and compression. Science Advances, 8(31), eabo1945.
2. 秘書處（2023年1月12日）。清華大學點亮埃秒極紫外脈衝光 捕捉奈米世界電子運動。國立清華大學。https://reurl.cc/eWedXL