研究人员首次在实验中观察到极子的形成

美国能源部SLAC国家加速器实验室与斯坦福大学的研究团队，利用前沿的X射线激光技术，成功观察并精确测量了极子这一材料中的神秘现象。极子，这一原子晶格的微妙扭曲，在瞬息万变的几万亿分之一秒内围绕电子而生，而后迅速消散。尽管它们的生命周期短暂，但它们却在塑造材料性能上扮演着关键角色。特别是在某些特殊材料如含有铅的氧化物太阳能电池板中，极子的作用更是成为研究焦点。

这项太阳能研究的进展引人注目。这些高效、低成本的材料引起了广泛关注。尽管关于它们出色的表现有着种种争论和理论猜测，但现在，科学家们终于可以解开这个谜题的一部分：极子在这个过程中起到了重要作用。过氧化物是一种晶体材料，虽然其内部缺陷理论上可能会抑制电流的流动，但事实恰恰相反。极子的出现改变了这一切。这些微小的扭曲结构，正是决定材料性能的关键所在。它们如何在微观尺度上产生，又如何快速扩散开来，对理解材料行为至关重要。

利用实验室强大的Linac相干光源和自由电子激光器技术，研究人员成功捕捉到了原子运动的精细瞬间。这项技术对材料进行近原子细节的成像，让科学家们得以洞察微观世界的奥秘。团队精心合成了一种单晶材料，并用光学激光器和X射线激光进行观察。在短短几十万亿分之一秒的观测时间内，他们看到了极子畸变是如何开始的，从微观尺度上的微小开始迅速蔓延开来。这些畸变区域虽小如固体中的原子间距，却能以惊人的速度扩展至数十亿分之一米的直径范围。在皮秒的时间内，它们在一个大致球形的区域内将大约十层原子稍微向外推移，改变了材料的性能。这种变化对理解材料的物理性质和潜在应用具有深远意义。这一重大发现不仅为我们揭示了太阳能电池的奥秘，也为未来的材料科学研究开辟了新的道路。