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新突破科学家创建典型的阿秒电子显微镜

2022-04-27 来源:贵州农业机械网

新突破!科学家创建典型的阿秒电子显微镜

电子显微镜,简称电镜,英文名Electron Microscope(简称EM),经过五十多年的发展已成为现代科学技术中不可缺少的重要工具。电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。电子显微镜技术的应用是建立在光学显微镜的基础之上的,光学显微镜的分辨率为0.2μm,透射电子显微镜的分辨率为0.2nm,也就是说透射电子显微镜在光学显微镜的基础上放大了1000倍。

电子显微镜可深入了解物质的最小细节,并可揭示例如材料的原子构型,蛋白质的结构或病毒颗粒的形状。但是,自然界中的大多数材料并非一成不变,而是始终保持相互作用,移动和重塑。是常见的现象之一是光与物质之间的相互作用,这种相互作用在植物以及光学组件,太阳能电池,显示器或激光中无处不在。这些相互作用,是由电子通过光波的场周期来回移动来定义的,发生在飞秒(10-15秒)甚至十亿分之一秒(10-18秒,十亿分之一秒的十亿分之一秒)的超快速时间范围内)。虽然超快电子显微镜可以提供飞秒过程的一些见解,但直到现在,阿秒还是不可能的,

现在,来自康斯坦茨大学和路德维希·马克西米利安斯大学-慕尼黑大学的物理学家团队成功地将透射电子显微镜与连续波激光器相结合,创建了典型的阿秒电子显微镜(A-TEM)。

调制电子束

康斯坦茨大学物理系光与物质研究小组组长,该研究的主要作者彼得·鲍姆教授解释说:“光学,纳米光子学或超材料中的基本现象发生在一秒的时间内,比光的周期短。” “为了能够可视化光与物质之间的超快速相互作用,需要在光的振荡周期以下的时间分辨率”。常规的透射电子显微镜使用连续电子束照亮标本并产生图像。为了达到秒级的时间分辨率,鲍姆领导的团队使用连续波激光的快速振荡来及时调制显微镜内部的电子束。

超短电子脉冲

他们的实验方法的关键是薄膜,研究人员用来打破激光波光学循环的对称性。这导致电子快速连续地加速和减速。该研究的博士后研究员第一作者安德烈·里博夫说:“结果是,电子显微镜内部的电子束被转换为一系列超短电子脉冲,比激光的光学周期短一半。” 与第一个激光束分离的另一个激光束用于激发感兴趣的样本中的光学现象。然后,超短电子脉冲探测样品及其对激光的反应。通过扫描两个激光波之间的光学延迟。

修改简单,影响大

“我们方法的主要优势在于,我们能够在电子显微镜内部使用可用的连续电子束,而不必修改电子源。这意味着我们每秒拥有一百万倍的电子,基本上是来源,这是任何实际应用的关键”,Ryabov继续说道。另一个优点是,必要的技术修改相当简单,不需要电子枪修改。

结果,现在有可能在整个时空成像技术范围内实现亚秒分辨率,例如时间分辨全息术,波形电子显微镜或激光辅助电子光谱学等等。从长远来看,阿秒电子显微镜可能有助于揭示复杂材料和生物物质中光物质相互作用的原子起源。

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