显微镜革命：哥廷根研究人员控制电子束！

显微镜革命：哥廷根研究人员控制电子束！

现代技术不断提高研究物质原子结构和动力学的能力。一个突破性的例子是 Peter Baum 教授及其团队开发的阿秒电子显微镜。 康斯坦茨大学 。这种创新设备可以可视化光的电振荡，并能够深入了解原子和电子的运动，这对于材料特性至关重要。对飞秒甚至阿秒（万亿分之一秒和十亿分之一秒）时间段的测量为基于原子和电子排列的物质行为提供了新的见解。

以前的测量方法的有效性有限，只能记录高能激光脉冲激发的过程。 Baum 和他的团队规划的新开发项目由 ERC 310 万欧元预付款资助，旨在克服这些限制。该项目将运行五年，旨在创造新型电子显微镜，可以观察电、磁或其他触发过程的完整场景。通过使用专门生成的超短电子脉冲序列和空间图案，目的是实现对原子动力学的更全面的观察。

电子显微镜技术的进步

一个特殊的挑战是在短时间内使微观结构变化可见。新型超快透射电子显微镜（UTEM）将在这项研究中发挥关键作用。它采用带有两个延时激光脉冲的“泵接触”工艺。第一个激光脉冲激发样品，而第二个激光脉冲产生绘制动力学图的电子脉冲。这项技术在德国是独一无二的，可以彻底改变以前的方法。

UTEM 将极大地受益于过去几十年时间分辨电子显微镜的进步。自 20 世纪 80 年代以来，人们一直在致力于改进这些技术，世界各地的研究团队都取得了重大进展，例如哥廷根，自 2010 年以来就开发了新的相机系统。

量子力学测量方法的新时代

除了电子显微镜方面的进步之外，哥廷根和瑞士的研究人员最近还利用光学微芯片系统成功地操纵了电子束。这些发现为电子显微镜中的量子力学测量方法开辟了新的可能性。通过使用可以精确引导光的集成光子学系统，自由电子和光子之间的相互作用得到改善。这使得电子束可以穿过光子微谐振器的光学近场，从而导致电子能量发生显着变化。

这使得电子能够吸收数百个光子，扩大了传统电子显微镜中电子束操纵的适用性。电子显微镜和光子学的这种结合对于材料科学、结构生物学和量子计算等领域的进步非常重要，因为它能够实现高分辨率成像和光谱学。

总体而言，可以说，鲍姆阿秒电子显微镜、UTEM等创新技术测量极限的转变，以及与高精度光子学的结合，正在开创材料研究的新时代，原子水平的动态过程越来越清晰。