記者3日獲悉，來自上海交通大學(xué)、國(guó)家納米科學(xué)中心等單位的科研人員，成功研發(fā)出一種基于碳納米管的新型超快電子源，其發(fā)出的電子束能量異常集中且時(shí)間極短。這項(xiàng)成果突破了傳統(tǒng)技術(shù)瓶頸，為構(gòu)建具備飛秒級(jí)時(shí)間分辨和原子級(jí)空間分辨的超快電子顯微鏡奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然·材料》雜志。
電子發(fā)射時(shí)間的測(cè)量。受訪者供圖
傳統(tǒng)上，要制造能“看清”原子級(jí)別超快變化（比如電子運(yùn)動(dòng)）的顯微鏡，需要一個(gè)關(guān)鍵的部件——超快電子源。“這種電子源需要同時(shí)滿足兩個(gè)高要求：一是發(fā)射出的電子束能量非常集中，二是電子脈沖時(shí)間非常短。但以往基于金屬尖端的電子源，就像魚和熊掌不可兼得，難以兼顧高時(shí)間和空間分辨率。”論文共同通訊作者、上海交通大學(xué)教授戴慶說。
在這項(xiàng)最新研究中，科研人員用碳納米管替代傳統(tǒng)的金屬尖端，作為新型超快電子源材料。他們使用僅有7飛秒的超短激光脈沖照射碳納米管尖端，成功驅(qū)動(dòng)電子發(fā)射。測(cè)量結(jié)果顯示，發(fā)射出的電子束能量異常集中，能散低至0.3電子伏特，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)金屬源。
“更關(guān)鍵的是，我們發(fā)現(xiàn)并利用了碳納米管特有的‘延遲發(fā)射’機(jī)制。模擬研究表明，激光照射后，碳納米管尖端的電子會(huì)先發(fā)生集體‘振蕩’，并因電子間的相互作用，并非立刻而是稍晚一點(diǎn)才發(fā)射出來。”論文共同通訊作者、國(guó)家納米科學(xué)中心研究員李馳說，這個(gè)過程就像蓄力后再精準(zhǔn)發(fā)射，顯著減少了激光強(qiáng)場(chǎng)直接加速造成的能量分散問題。
戴慶表示，這項(xiàng)研究未來將助力科學(xué)家“看清”超薄材料中粒子的瞬時(shí)變化，加速新材料與納米器件研發(fā)。
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