IT之家 8 月 22 日消息，美國(guó)亞利桑那大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種新型透射電子顯微鏡，其速度是如此之快，以至于可以實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)電子的觀察。
IT之家注意到，這項(xiàng)研究成果于 8 月 21 日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。研究人員希望通過(guò)這種新型顯微鏡對(duì)微觀粒子進(jìn)行深入研究，以揭示電子運(yùn)動(dòng)的奧秘。
電子以每秒約 2200 公里的速度運(yùn)動(dòng)，可以在 18.4 秒內(nèi)繞地球一周。因此，要捕捉電子的運(yùn)動(dòng)軌跡，需要極高的拍攝速度。研究人員通過(guò)生成僅持續(xù)一阿秒（10 的負(fù) 18 次方秒）的電子脈沖，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。
研究團(tuán)隊(duì)表示，這種新型顯微鏡就像智能手機(jī)上的高性能相機(jī)，能夠幫助科學(xué)家們觀察以前無(wú)法看到的現(xiàn)象，如電子的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)這種顯微鏡，科學(xué)家們有望更好地理解電子的量子物理特性以及其運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
電子的排列和重排是物理學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的基本問(wèn)題，但由于電子的運(yùn)動(dòng)速度極快，對(duì)其進(jìn)行研究非常困難。在 21 世紀(jì)初，物理學(xué)家開發(fā)了生成阿秒級(jí)脈沖的方法，為研究電子的運(yùn)動(dòng)提供了新的工具。這一成果獲得了 2023 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
通過(guò)將顯微鏡的曝光時(shí)間縮短到幾個(gè)阿秒的水平，物理學(xué)家們已經(jīng)研究了電子的電荷傳遞、在半導(dǎo)體和液態(tài)水中的行為以及原子之間化學(xué)鍵的斷裂過(guò)程。然而，即使是阿秒級(jí)的曝光時(shí)間對(duì)于捕捉單個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)仍然不夠快。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員對(duì)電子槍進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠產(chǎn)生僅持續(xù)一阿秒的電子脈沖。這些脈沖照射到被研究的樣品上，當(dāng)電子穿過(guò)樣品時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)速度會(huì)減慢，并改變電子束波前的形狀。減速后的電子束隨后被透鏡放大，并照射到一種熒光材料上，該材料在電子束照射時(shí)會(huì)發(fā)光。
通過(guò)將電子脈沖與兩個(gè)精確同步的光脈沖結(jié)合（分別用于將材料中的電子激發(fā)成運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和輔助電子脈沖的產(chǎn)生），研究人員能夠探測(cè)原子內(nèi)部電子的超快運(yùn)動(dòng)。
研究團(tuán)隊(duì)表示他們的透射顯微鏡已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了阿秒時(shí)間分辨率，并將其稱為“原子顯微鏡”，這是首次能夠觀察到電子的運(yùn)動(dòng)軌跡。
廣告聲明：文內(nèi)含有的對(duì)外跳轉(zhuǎn)鏈接（包括不限于超鏈接、二維碼、口令等形式），用于傳遞更多信息，節(jié)省甄選時(shí)間，結(jié)果僅供參考，IT之家所有文章均包含本聲明。