时间:2021-01-14 04:19:53 来源:怀仁资讯网 作者: 怀仁资讯网 点击:999 次
可见光显微镜使科学家能够看到诸如活细胞这样的微小物体。然而，可见光显微镜无法区分电子如何在固体中的原子之间分布。现在，罗斯托克大学极端光子实验室的eleftheriosgoulielmakis教授和马克斯·普朗克量子光学研究所的教授以及中国科学院物理研究所的同事们开发了一种新的光学显微镜--自然杂志。
研究人员使用强大的激光闪光灯照亮晶体材料薄膜，这些薄膜驱动晶体电子快速摆动运动，当电子从周围电子反弹回来时，它们在光谱中的极端紫外线部分发射辐射。通过分析辐射的特性，研究人员合成了电子云如何在固体晶格中分布的图片，分辨率为数十个或1/1000000000毫米。这些实验为一种新型的基于激光的显微镜铺平了道路。
显微镜让物理学家、化学家和材料科学家以前所未有的分辨率窥视微观世界的细节，理解并最终控制材料的化学和电子特性。几十年来，科学家们一直用激光来理解微世界的内部功能。这种激光闪光现在可以追踪固体内部超快的微观过程。尽管如此，电子仍不能在空间被分解，也就是说，它们无法被看到电子如何占据晶体中原子之间的微小空间，或者它们如何形成将原子连接在一起的化学键。
恩斯特·阿贝(ErnstAbbe)在一个多世纪前就发现了这一现象。可见光只能区分与其波长相匹配的物体，即大约几百纳米，也就是Abbe极限。但要看到电子，显微镜必须将它们放大数千倍。为了克服这一局限性，研究人员采取了一种不同的方法。他们开发了一种能与强激光脉冲配合工作的显微镜，并将其命名为光皮革反射镜。强大的激光脉冲可以迫使晶体材料内的电子在它们周围的空间中成为摄影师。
当激光脉冲穿过晶体内部时，它可以抓住一个电子并驱动它快速摆动。当电子移动时，它感觉到它周围的空间，就像人们感觉到汽车里崎岖的道路一样。当激光驱动的电子通过由其他电子或原子引起的突出时，它会慢下来并以比激光高得多的频率发射辐射。极端光子实验室的博士生Hee-Yongkim说：通过记录和分析辐射的特性，我们可以推断出这些微小突起的形状，并绘制出晶体中电子密度高或低的图片。
激光显微镜结合了观察大多数物质的能力，比如x射线，以及探测价电子的能力，这可以通过扫描隧道显微镜来实现，但只能在表面实现。北京科学院物理研究所的理论固态物理学家孟胜(MengSeng)是研究团队的理论固体物理学家，他说：借助一种能够检测价电子密度的显微镜，我们可能很快就能基准固体物理工具的性能，优化现代和最先进的模型，以更详细地预测材料的性能。
这是激光微电子显微镜的一个令人兴奋的方面，现在研究人员正在进一步发展这一技术，计划检测三维电子，并进一步用包括二次材料和拓扑材料在内的广泛材料对该方法进行基准测试。由于激光威英技术可以很容易地与时间分辨激光技术相结合，因此可能很快就有可能在材料中记录电子的真实图像，这是超高速科学和材料显微镜长期追求的目标。
博科公园/研究/来自：罗斯托克大学/中国科学院物理研究所
参考期刊自然
编号：10.1038/s41586-020-2429Z
科学技术、科学技术、科学研究、科学技术普及
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