挤压光

　　Pierre Berini是一位知道如何讨价还价的科学家，在他的实验中就可以看到证据：充满了他在当地厂家打折时买来的激光器、振荡器和其他物件。这位加拿大渥太华大学的物理学家在发现一些关键商品时，经常会批量购进，有时这些设备看起来像是无用的废弃物。“它们经常会给你带来很多意外惊喜。”他说。

　　Berini对经营失败的公司有一颗同情心。他是等离子体研究领域的领袖，这是一种通过光来操纵电子的技术，该技术可用于超高速计算机信息传输。为了在通信行业推进等离子体电路的市场化，2000年初，他成立了一个由风险投资支持的名为Spectalis的公司，但数月之后，就亲历了网络泡沫的破裂。最终公司运营以失败告终，他不得不拍卖掉所有设备并关了店面。然而，他并未被失败击倒，并计划在今年重整旗鼓，成立一家公司，把开发的技术应用到手持终端设备的微型感应器上，用来迅速、准确地检测疾病。

　　这些设备采用了一种来自电子波的独特的光，这些电子波可以在金属表面传播，并与绝缘体，如空气、玻璃等产生接触。当用一束激光激发后，这些带电体或等离子体会生成波动的电并在金属表面形成磁场。被固定在这个界面后，电波可以形成漏斗形状，并把其波长限制在数十个纳米之内——相当于激光波长的1/10。挤压后的光波比激光的传播速度慢得多，因此可以保持同样的频率。

　　在上世纪90年代末，Berini一边寻找改善普通电器元件和检光器的方法，一边研究等离子体。光比电子信号传播快得多，因为用它连接硅片可以大幅提高运算速度。但是光却受到了其波长的限制：尽管电子元件可以缩小到数十个纳米，电子通信中使用的红外光却不能集中到直径小于1微米的点上。“这是根本上的不相容。”Berini说。由等离子体技术获得的波长更短的等离子体波看起来很有前景，但是它们经常不听话。因为金属有电阻，由电子运动产生的光波很快就会消失，仅能传播几微米。

　　Berini利用可以精巧地制作出纳米结构，并且越来越便宜的现成技术，创造了第一个可以传播数厘米的等离子体波。他的实验室设计了整套电路，使等离子体振子沿着厚度低于30纳米的金属带运行。

　　但是让等离子体波传播得更远就要增加光的波长。尽管等离子体波比常规光波更小，但这一折衷却降低了它们的优势，而且Berini发现它很难打破电子通信行业的现状，该行业使用的每个电子元件已经使用了数十年。因此，他和其他科学家忙于研发其他技术，以应对新光源波长较短的问题，即通过将其扩展至应用领域，利用光探测器等把新光源的劣势变成优势;或者采用纳米结构扩大等离子波。物理学家现正在利用各种材料研发各种纳米形状，如星星、木棒以及新月等，这些材料可以把等离子体波用于捕获太阳能、杀死癌细胞以及制造集成芯片的激光器等。

　　渥太华大学物理学家Henry Schriemer称Berini是一位“重视理论研究的典型的实验主义者”。但是Berini表示，正是应用前景推动他的实验室运行;他把自己的创业决心归为遗传自父母的特性，他的父母在安大略省经营着自己的采矿和伐木生意。

　　超快光

　　Margaret Murnane是在美国科罗拉多州JLLA工作的一位物理学家，这是一个由科罗拉多州立大学和国家标准技术局联合成立的机构。Murnane和丈夫Henry Kapteyn在那里运行着阿秒(10-18秒)X射线激光脉冲领先研究实验室，这种超短激光脉冲的每次闪光时间仅有“十亿分之一秒的十亿分之一”。

　　这种超快X光波长极短，但能量很高，经常被用于潜入原子深处并在纳米级层面进行成像。通常，这种应用发生在数十亿美元的、通过把电子加速至光速从而产生X光的装置中，如加利福尼亚州的直线性连续加速器光源SLAC装置。但Murnane的方法却可以让这一技术呈现在餐桌上。这让科学家可以观察到原子周围的电子的运动状态，从而了解其化学键或是研究其在磁性硬盘中的旋转情况。

　　Kapteyn表示，Murnane的成功来自于她对知识的渴求。尽管童年时期，Murnane家中既没有中央空调，也没有室内水管，但凭借对知识和学习的热爱，她取得了今天的成就。Murnane在加州大学伯克利分校读研究生期间遇见Kapteyn，从此两人一直在一起工作，且彼此之间已建立了深厚的伙伴关系，Murnane认为，这是他们在科研上取得成功的基础。“身边有人不断挑战你的观点非常有益，这种关系有利于科学研究。”她说。

　　两人一起解决了他们在研究生期间一开始就试图解决的问题——如何产生类似于激光的高能光束。和大型科学装置进行电子加速的过程不同，他们的策略是把可见光的很多光子合成高能X射线光子。这一过程与声波类似。在带弦的乐器中，轻轻地波动一根弦会发出单一的声调。“一个人拨弦的力度越大，就会出现更多的高次谐波。”Murnane解释说，每次产生的谐波会根据初始的频率呈更大整数倍增加。

　　当超短激光脉冲在上世纪90年代被发现后，Murnane 和Kapteyn意识到，他们或许可以利用其剧烈地“拨动”电子——使其加速离开或靠近氦原子，从而产生高能光子谐波。他们的研究团队利用明亮的紫外线光束取得了成功，但是当让光束保持激光的特点时，由于光波同步出现，很难增加能量。

　　Murnane表示，他们的研究尚未到达极限——更高能量的X光，甚至是更快的飞秒(10-21 秒)脉冲也有可能实现。“科学领域的错误概念之一是，一些时候认为激光已经是一种过时的技术，没什么新东西再值得研究。”她说，“这绝非事实。”