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【天富平台代理怎么注册】科学家研制新型光学显微镜,可以观测电子如何分布在固体中

2020年7月3日消息,近日,罗斯托克大学极端光子实验室和马克斯·普朗克量子光学研究所的 Eleftherios Goulielmakis教授,以及中国中科院物理研究所的同事,开发了一种新的叫做 Piccope的光学显微镜,打破了当下显微镜的局限,可以分辨电子如何分布到固体中的原子之间,并在《自然》杂志上发表了研究结果。

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研究人员利用强激光闪光灯照射晶体材料薄膜,这些激光脉冲将晶体电子激发到快速摆动中,当电子从周围电子反弹时,它们会在光谱的极紫外部分发出辐射。为了分析这种辐射的性质,研究人员合成了一些图像,展示了电子云如何分布于固体格子中的原子,其分辨率为几十皮米,十亿分之一毫米。这为一类新的、基于激光的显微镜铺平了道路。

这款显微镜能让物理学家、化学家和材料科学家以前所未有的分辨率,深入观察微观世界的细节,理解和控制材料的化学和电子特性。数十年来,科学家们一直在用激光研究微世界的内部运作。这种激光闪光,现在可以追踪固体内部超快的显微过程。尽管如此,电子仍无法在空间分解,也就是无法看到电子如何占据晶体中原子间的微小空间,也无法看到电子如何形成化学键将原子联系起来。

阿尔贝极限

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恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)在一百多年前就发现了这一点。最大可见光能分辨的物体的尺寸与其波长相称,波长约为数百纳米,即阿贝极限。但是为了观察电子,显微镜必须把它的放大率提高数千倍。为克服这一局限,研究者们研制了一种显微镜,这种显微镜能够利用强激光脉冲工作,并给仪器起了一个绰号叫“光皮镜”,这种强激光脉冲能使晶体材料内部的电子产生作用,从而成为晶体周围空间的摄影师。

如果激光脉冲穿透晶体内部,就能抓住一个电子,使其快速旋转。随着电子的运动,它能感觉到周围的空间,就像人们在汽车上感受到颠簸的路面。如果由激光驱动的电子穿过由其他电子或原子引起的凸起,它就会减速,并发出比激光更高频率的辐射。Hee-yongKim是极限光子实验室的研究员,他说:通过记录和分析这种辐射的性质,可以推断出这些微小凸起的形状,从而绘制出晶体中电子密度高低的图像。

激光器毕氏显微镜既有窥视大多数物质(例如 X射线)的能力,也有探测价电子的能力,而价电子可以扫描隧道显微镜,但只能扫描表面。理论固态物理学家孟胜(音译),来自北京中科院物理研究所的研究小组的一名理论固态物理学家,他说:如果有一台能够检测价电子密度的显微镜,我们也许很快就能对计算固态物理工具的性能进行基准测试,从而优化现代最先进的模型,从而更精确地预测材料的特性。

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激光微电子显微镜带来了一个令人振奋的方面,现在,研究者们正在进一步发展这项技术,以计划探测三维电子,并利用包括二维和拓扑材料在内的多种材料,进一步对这种方法进行基准测试。因为激光微影技术可以很容易地与时间分辨激光技术结合在一起,所以可能很快就会有可能记录材料中电子的真实影像,这也是超快科学和物质显微镜中长期寻求的目标。

文章来源: 靓仔讲知识

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