科技| 世界最快顯微鏡誕生 千億分之一秒電子脈衝  捕捉電子移動影像

[星島綜合報道] 物理學家創造了全球最快的顯微鏡，其速度快到可以觀察到電子的運動。這種新型裝置是一種改良版的透射電子顯微鏡，它通過以一千億分之一秒的電子脈衝捕捉電子在運動中的影像。

這是一項巨大的成就：電子以每秒約1367英里（2200公里每秒）的速度運行，這使得它們能夠在僅僅18.4秒內環繞地球一周。

這款透射電子顯微鏡功能豐富，配備了XY機械平台、三個物鏡，提供多達六種不同的放大倍率，雙目30度傾斜目鏡可以減少頸部疲勞。它甚至兼容可附加的攝像頭。

通過使用這款顯微鏡研究微小的粒子，研究人員希望能夠發現一些新成果，了解這些粒子如何飛行。研究結果已於8月21日發表在《Science Advances》期刊上。

「這款透射電子顯微鏡就像是最新款智能手機中的強大相機，能夠拍攝以前無法看到的東西——比如電子，」這項研究的主要作者、亞利桑那大學物理學與光學科學副教授Mohammed Hassan在一份聲明中表示，「有了這款顯微鏡，我們希望科學界能夠理解電子如何運行及其背後的量子物理學。」

電子在原子和分子內如何排列和重組是物理學和化學中的一個重要問題，但這些微小粒子的快速運動使得它們難以研究。為了創造能夠捕捉電子運動的曝光時間，物理學家在2000年代初期開發了產生阿秒（即10^-18秒）脈衝的方法，這一突破使得相關科學家獲得了2023年諾貝爾物理學獎。

通過將顯微鏡的曝光時間縮短到幾個阿秒的尺度（阿秒與一秒的關係相當於一秒與宇宙年齡的關係），物理學家們揭開了電子如何攜帶電荷、它們在半導體和液態水中的行為，以及原子間的化學鍵如何斷裂。

但即便是幾個阿秒的尺度，對於捕捉電子的個體運動來說仍然過大。為了實現這一目標，這項新研究的物理學家們調整了電子槍，使其產生僅為一阿秒的脈衝。

這些脈衝擊中所研究的「樣本」，當電子穿過樣本時，它們會減速並改變電子束波前的形狀。減速後的電子束隨後被透鏡放大，並擊中一種當電子束落在其上時會發光的熒光材料。

通過將電子脈衝與兩個精確同步的光脈衝配對（分別用來激發材料中的電子運動並協助電子脈衝的形成），他們成功地探測到了原子內電子的超快速運動。

圖片：Getty Images

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