這項新技術(shù)基于2005年榮獲諾貝爾獎的光學頻率梳技術(shù)。

德國科學家通過開發(fā)一種強大的原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究新技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了稀土元素釤此前未知的特性。美因茨約翰內(nèi)斯·古騰堡大學和亥姆霍茲美因茨研究所的研究團隊應用了一種名為雙梳光譜技術(shù)（DCS）的先進激光技術(shù)。

該技術(shù)使研究人員能夠以高分辨率和靈敏度測量寬電磁頻帶的原子光譜，從而幫助團隊揭示這種稀土元素中隱藏的原子躍遷。釤（Sm）對制造電動車電機和風力發(fā)電機所需的高性能釤鈷（SmCo）永磁體至關(guān)重要。

這項發(fā)現(xiàn)還為"光譜學2.0"鋪平了道路 —— 這個新一代平臺被設(shè)計為能夠同時執(zhí)行多次測量的"大規(guī)模并行光譜分析工具"。

突破極限

理解原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)對于認識物質(zhì)構(gòu)成和設(shè)計探索基礎(chǔ)物理學的新實驗至關(guān)重要。然而許多原子的能級結(jié)構(gòu)仍未完全探明，尤其是在稀土元素和錒系元素領(lǐng)域。

基于電子在原子能級間移動時會吸收或發(fā)射能量的原理，光譜學成為研究原子結(jié)構(gòu)最廣泛使用的方法之一。該研究主要作者、博士研究生拉茲米克·阿拉米安解釋："高分辨率寬帶光譜對于原子物理學的精密測量和探索新的基本相互作用至關(guān)重要。"

但這位博士生表示，進展往往受到復雜原子光譜測量挑戰(zhàn)的阻礙 —— 難以有效區(qū)分樣品信號，且儀器可檢測的波長范圍有限。為克服這些難題，研究團隊采用了基于諾貝爾獎獲獎技術(shù)"光學頻率梳"的雙梳光譜技術(shù)（DCS）。

通過兩個同步的梳狀激光器以比傳統(tǒng)方法更高的精度測量光頻率，該團隊實現(xiàn)了寬頻帶電磁頻率的高分辨率、高靈敏度原子光譜測量。

解鎖原子奧秘

為高精度檢測微弱信號，研究團隊采用多光電探測器提高信噪比，使實驗數(shù)據(jù)能夠被清晰識別并確定光譜波長。阿拉米安表示："這項研究引入了增強型多通道DCS方法，將光電探測器陣列與解決頻率模糊的新方案相結(jié)合，實現(xiàn)了無模糊、高信噪比的寬帶測量。"

研究人員將其視為邁向"光譜學2.0"的第一步，該工具將用于在強磁場下對致密原子和分子光譜進行光譜分析。由于DCS特別適合填補原子數(shù)據(jù)空白，研究人員記錄了不同溫度下釤蒸汽的光譜，并分析了不同釤濃度下的光譜行為。

對比結(jié)果時，他們驚異地發(fā)現(xiàn)了幾條此前未被描述的釤吸收線。"這證明了我們的方法具有揭示未知原子特性的潛力，"阿拉米安在新聞稿中表示。研究團隊認為，這項發(fā)現(xiàn)為大規(guī)模并行光譜學開辟了新前景，包括對脈沖超強磁場中原子的研究。

該研究成果已發(fā)表于《物理評論應用》期刊。

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