突破性光束技术：为材料研究和芯片开发带来的变革机遇

来自 实验室仪器网

科学家领导的一个团队使用自由电子激光（FEL）设施产生了一种非常奇特的光束，称为庞加莱光束，这标志着这种光束首次使用FEL产生。该技术可以改善科学家研究材料的方式并推动下一代计算机芯片等高性能技术的进步。研究结果今天发表在《自然光子学》上。

这是向前迈出的重要一步，庞加莱光束使我们能够以新的方式探测材料，在一个脉冲中捕捉复杂的行为。想想研究人员将如何处理它真是令人兴奋。

庞加莱光束将多个光偏振（光波振动的不同方向）组合成一个脉冲，形成复杂的图案。这使得科学家能够通过一次快速闪光而不是多次扫描来研究材料，从而节省时间并捕捉材料发生的快速变化。

该团队通过使用两个独立的特殊磁铁（称为波动器）来实现这一目标，这些磁铁摆动电子以产生光。这产生了两束独立的光束，每束光束都有自己的波形和偏振。通过仔细地重叠它们，研究人员创建了一束在其表面具有不同偏振模式的光束。

结果是稳定的光束，其偏振分布在传播过程中保持不变。通过调整两个分量光束之间的时序，它们导致光束的偏振以螺旋状图案在其表面扭曲。然后，他们可以研究这种模式并绘制每种类型的偏振在光束中出现的位置。

这个概念起源于多年前SLAC科学家Jenny Morgan在攻读博士学位期间，并在FERMI进行了测试，该团队可以灵活地使用极紫外（EUV）光自由实验。

在短波长下纵复杂的偏振模式是令人兴奋的，科研人员说，EUV光可能比可见光更难定制，在这些波长下，它为实验开辟了新的可能性。

尽管该实验是在EUV范围内进行的，但这一突破为在SLAC的直线加速器相干光源（LCLS）X射线自由电子激光器的未来实验中以X射线波长产生这些光束打开了大门，其中更高的光子能量可以揭示原子和分子行为的更精细细节。

计划今年晚些时候在LCLS安装一个Delta波动器，类似于我们在FERMI设施中使用的，这将使我们能够更精确地控制X射线束的偏振，使我们能够改进该技术并探索其在特定波长、脉冲能量和非常短的时间尺度下的潜力。我们还与光子科学、化学和材料科学界合作，以确定应用。目标是研究机器的性能，并将其作为新升级的拼箱的标准功能。

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