这项新技术基于2005年荣获诺贝尔奖的光学频率梳技术。

德国科学家通过开发一种强大的原子内部结构研究新技术，发现了稀土元素钐此前未知的特性。美因茨约翰内斯·古腾堡大学和亥姆霍兹美因茨研究所的研究团队应用了一种名为双梳光谱技术（DCS）的先进激光技术。

该技术使研究人员能够以高分辨率和灵敏度测量宽电磁频带的原子光谱，从而帮助团队揭示这种稀土元素中隐藏的原子跃迁。钐（Sm）对制造电动车电机和风力发电机所需的高性能钐钴（SmCo）永磁体至关重要。

这项发现还为"光谱学2.0"铺平了道路 —— 这个新一代平台被设计为能够同时执行多次测量的"大规模并行光谱分析工具"。

突破极限

理解原子内部结构对于认识物质构成和设计探索基础物理学的新实验至关重要。然而许多原子的能级结构仍未完全探明，尤其是在稀土元素和锕系元素领域。

基于电子在原子能级间移动时会吸收或发射能量的原理，光谱学成为研究原子结构最广泛使用的方法之一。该研究主要作者、博士研究生拉兹米克·阿拉米安解释："高分辨率宽带光谱对于原子物理学的精密测量和探索新的基本相互作用至关重要。"

但这位博士生表示，进展往往受到复杂原子光谱测量挑战的阻碍 —— 难以有效区分样品信号，且仪器可检测的波长范围有限。为克服这些难题，研究团队采用了基于诺贝尔奖获奖技术"光学频率梳"的双梳光谱技术（DCS）。

通过两个同步的梳状激光器以比传统方法更高的精度测量光频率，该团队实现了宽频带电磁频率的高分辨率、高灵敏度原子光谱测量。

解锁原子奥秘

为高精度检测微弱信号，研究团队采用多光电探测器提高信噪比，使实验数据能够被清晰识别并确定光谱波长。阿拉米安表示："这项研究引入了增强型多通道DCS方法，将光电探测器阵列与解决频率模糊的新方案相结合，实现了无模糊、高信噪比的宽带测量。"

研究人员将其视为迈向"光谱学2.0"的第一步，该工具将用于在强磁场下对致密原子和分子光谱进行光谱分析。由于DCS特别适合填补原子数据空白，研究人员记录了不同温度下钐蒸汽的光谱，并分析了不同钐浓度下的光谱行为。

对比结果时，他们惊异地发现了几条此前未被描述的钐吸收线。"这证明了我们的方法具有揭示未知原子特性的潜力，"阿拉米安在新闻稿中表示。研究团队认为，这项发现为大规模并行光谱学开辟了新前景，包括对脉冲超强磁场中原子的研究。

该研究成果已发表于《物理评论应用》期刊。

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