新突破！科學(xué)家創(chuàng)建典型的阿秒電子顯微鏡

　　【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】電子顯微鏡，簡稱電鏡，英文名Electron Microscope(簡稱EM)，經(jīng)過五十多年的發(fā)展已成為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中不可缺少的重要工具。電子顯微鏡由鏡筒、真空裝置和電源柜三部分組成。
 

　　電子顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用是建立在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)之上的，光學(xué)顯微鏡的分辨率為0.2μm，透射電子顯微鏡的分辨率為0.2nm，也就是說透射電子顯微鏡在光學(xué)顯微鏡的基礎(chǔ)上放大了1000倍。
 

　　電子顯微鏡可深入了解物質(zhì)的小細(xì)節(jié)，并可揭示例如材料的原子構(gòu)型，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)或病毒顆粒的形狀。但是，自然界中的大多數(shù)材料并非一成不變，而是始終保持相互作用，移動和重塑。是常見的現(xiàn)象之一是光與物質(zhì)之間的相互作用，這種相互作用在植物以及光學(xué)組件，太陽能電池，顯示器或激光中無處不在。這些相互作用，是由電子通過光波的場周期來回移動來定義的，發(fā)生在飛秒(10-15秒)甚至十億分之一秒(10-18秒，十億分之一秒的十億分之一秒)的超快速時間范圍內(nèi))。雖然超快電子顯微鏡可以提供飛秒過程的一些見解，但直到現(xiàn)在，阿秒還是不可能的，
 

　　現(xiàn)在，來自康斯坦茨大學(xué)和路德維希·馬克西米利安斯大學(xué)-慕尼黑大學(xué)的物理學(xué)家團(tuán)隊成功地將透射電子顯微鏡與連續(xù)波激光器相結(jié)合，創(chuàng)建了典型的阿秒電子顯微鏡(A-TEM)。
 

　　調(diào)制電子束
 

　　康斯坦茨大學(xué)物理系光與物質(zhì)研究小組組長，該研究的主要作者彼得·鮑姆教授解釋說：“光學(xué)，納米光子學(xué)或超材料中的基本現(xiàn)象發(fā)生在一秒的時間內(nèi)，比光的周期短。” “為了能夠可視化光與物質(zhì)之間的超快速相互作用，需要在光的振蕩周期以下的時間分辨率”。常規(guī)的透射電子顯微鏡使用連續(xù)電子束照亮標(biāo)本并產(chǎn)生圖像。為了達(dá)到秒級的時間分辨率，鮑姆領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊使用連續(xù)波激光的快速振蕩來及時調(diào)制顯微鏡內(nèi)部的電子束。
 

　　超短電子脈沖
 

　　他們的實(shí)驗(yàn)方法的關(guān)鍵是薄膜，研究人員用來打破激光波光學(xué)循環(huán)的對稱性。這導(dǎo)致電子快速連續(xù)地加速和減速。該研究的博士后研究員第一作者安德烈·里博夫說：“結(jié)果是，電子顯微鏡內(nèi)部的電子束被轉(zhuǎn)換為一系列超短電子脈沖，比激光的光學(xué)周期短一半。” 與第一個激光束分離的另一個激光束用于激發(fā)感興趣的樣本中的光學(xué)現(xiàn)象。然后，超短電子脈沖探測樣品及其對激光的反應(yīng)。通過掃描兩個激光波之間的光學(xué)延遲。
 

　　修改簡單，影響大
 

　　“我們方法的主要優(yōu)勢在于，我們能夠在電子顯微鏡內(nèi)部使用可用的連續(xù)電子束，而不必修改電子源。這意味著我們每秒擁有一百萬倍的電子，基本上是來源，這是任何實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵”，Ryabov繼續(xù)說道。另一個優(yōu)點(diǎn)是，必要的技術(shù)修改相當(dāng)簡單，不需要電子槍修改。
 

　　結(jié)果，現(xiàn)在有可能在整個時空成像技術(shù)范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞秒分辨率，例如時間分辨全息術(shù)，波形電子顯微鏡或激光輔助電子光譜學(xué)等等。從長遠(yuǎn)來看，阿秒電子顯微鏡可能有助于揭示復(fù)雜材料和生物物質(zhì)中光物質(zhì)相互作用的原子起源。