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科技日報記者 張夢然
電子的運動速度極快，一秒鐘內就能繞地球好幾圈。美國亞利桑那大學團隊開發出一款世界上最快的阿秒顯微鏡，能做到抓拍運動電子的定格影像。該顯微鏡將為物理學、化學、生物工程、材料科學等領域帶來突破。研究成果發表在最新一期【科學進展】雜誌上。
透射電子顯微鏡可將物體放大到實際尺寸的數百萬倍。這種顯微鏡不使用可見光，而是將電子束引導穿過研究樣本。電子與樣本之間的交互作用被鏡頭捕捉，並由相機傳感器檢測，以生成樣本的詳細影像。
利用這些原理的超快電子顯微鏡，使用雷射產生脈沖電子束。這種技術大大提高了顯微鏡的時間分辨率，即測量和觀察樣本隨時間變化的能力。在這些超快顯微鏡中，透射電子顯微鏡的分辨率不是依靠相機快門速度來決定，而是由電子脈沖的持續時間決定。
為了看到定格的電子，研究團隊首次生成了1阿秒的電子脈沖，其速度與電子移動速度一樣快，從而提高了顯微鏡的時間分辨率，就像高速攝影機捕捉到原本不可見的運動一樣。
在新顯微鏡中，強大的雷射被分裂並轉換成兩部份，一個非常快的電子脈沖和兩個超短的光脈沖。第一個光脈沖稱為泵浦脈沖，它將能量輸送到樣品中，使電子移動或發生其他快速變化；第二個光脈沖稱為光門控脈沖，它的作用類似於門，透過建立一個短暫的時間視窗來生成門控的單個阿秒電子脈沖。因此，門控脈沖的速度決定了影像的分辨率。透過仔細同步這兩個脈沖，團隊可控制電子脈沖對樣品的探測，從而首次使用顯微鏡拍到運動中的電子。
物理學和光學科學副教授穆罕默德·哈桑團隊開發出首台功能強大的透射電子顯微鏡，能夠捕捉運動電子的瞬間畫面。 圖片研究團隊/【科學進展】
總編輯圈點：
想象一下，有一台功能極其強大的相機，它可給運動中的電子抓拍定格照片，那將給微觀研究領域帶來多麽大的助力！不過，電子運動都發生在阿秒級範疇，想要實作抓拍，必須突破現有顯微鏡技術。本文的研究團隊成功讓電子透射顯微鏡獲得了阿秒級時間分辨率，這是完成抓拍的最關鍵技術點。憑借此技術，人們將能看到此前光學顯微鏡無法捕捉的神奇畫面。
