能源部 SLAC 國家加速器實驗室和斯坦福大學的研究人員首次使用 X 射線激光觀察并直接測量極化子的形成。極化子是一種材料中原子晶格的扭曲，它在幾萬億分之一秒內(nèi)圍繞一個移動的電子形成，然后迅速消失。盡管它們的持續(xù)時間很短，但它們確實會影響材料的行為。它們可能就是用鉛混合鈣鈦礦制成的太陽能電池板可以在實驗室中達到高效率的原因。

研究人員表示，這種材料因其高效率和低成本而在太陽能研究中風靡一時。盡管性能如此，研究人員仍在爭論它們的工作原理。一些人推測極化子可能會參與數(shù)年。盡管如此，新實驗還是第一個直接觀察這些扭曲形成的實驗，包括它們的大小、形狀以及它們?nèi)绾窝葑儭?/p>

鈣鈦礦是晶體材料，其名稱來自礦物鈣鈦礦。大約十年前，研究人員開始將晶體材料納入太陽能電池，穩(wěn)步提高太陽能電池的效率。有趣的是，鈣鈦礦組件中的缺陷數(shù)量應該會抑制電流的流動，但事實并非如此。

在處理材料方面存在挑戰(zhàn)。盡管效率高且易于制造，但它們非常不穩(wěn)定，暴露在空氣中會分解，并且含有必須遠離環(huán)境的鉛。這項研究的研究人員使用實驗室的直線加速器相干光源，這是一種強大的 X 射線自由電子激光器，能夠以接近原子的細節(jié)對材料進行成像。它還能夠捕捉發(fā)生在十億分之一秒內(nèi)的原子運動。

該團隊研究了斯坦福大學的一名研究人員合成的材料的單晶。在研究過程中，該團隊用光學激光器發(fā)出的光擊中了材料樣本，然后使用 X 射線激光器觀察了材料在數(shù)十萬億分之一秒內(nèi)的反應情況。觀測結(jié)果揭示了極化子畸變，從微觀尺度上開始，大約是固體中原子間距的大小，并迅速向各個方向向外擴展，直徑約為十億分之一米。在皮秒的跨度內(nèi)，該動作在大致球形區(qū)域內(nèi)略微向外推動了大約十層原子。