隨著顯微技術的不斷發展，如今各個領域都與顯微鏡產生了密切的關聯，如材料、教育、醫療、生物制藥、農業、環境保護、國防科技、化學、物理學、生物學等領域中，顯微鏡都發揮著巨大的作用。
而隨著科技的不斷進步以及科研需求的急劇提升，不少研究中對顯微鏡也提出了更高的要求：要有更高的分辨率、更高的信噪比等等。近年來，超快掃描隧道顯微鏡原始概念和核心技術開始出現革新，不少研究人員加入了激烈的競爭中，北京大學物理學院量子材料科學中心江穎課題組也于2012年開始超快掃描隧道顯微鏡的研究。
2020年，北京大學物理學院量子材料科學中心江穎教授與中國科學院物理研究所孟勝研究員、翁羽翔研究員以及中國科學院王恩哥院士等合作，成功研制出了超快掃描隧道顯微鏡。研究成果已于2020年5月19日發表在物理領域期刊《物理評論快報》上。
據了解，掃描隧道顯微鏡由于其隧穿電流具有高度的局域性，空間分辨率可以達到原子量級。然而受電流放大器帶寬的局限掃描隧道顯微鏡的時間分辨一般只能達到微秒量級，而很多微觀動力學過程往往發生在皮秒和飛秒量級。而研究人員通過特殊設計的光學掃描探頭和激光調制技術，盡可能抑制了激光熱效應和溫度漂移的影響，并增強了激光誘導的隧道電流信號，大大提高了信噪比。這套全新的超快掃描隧道顯微鏡系統，可在超高真空液氦溫度環境中工作，高時間分辨率可達百飛秒，長時間延遲可達微秒量級。
利用這臺設備，研究人員對單個極化子的非平衡動力學過程進行了深入研究。通過測量時間分辨的單個極化子動力學，研究人員發現捕捉到金屬氧化物表面單個極化子的非平衡動力學行為。該研究揭示了原子尺度環境對極化子非平衡動力學過程的重要影響，為光催化反應中的高活性位點提供了新的微觀圖像，同時也為納米光催化材料的缺陷工程提供了全新的思路。
資料來源：北京大學
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