科技| 世界最快显微镜诞生 千亿分之一秒电子脉冲  捕捉电子移动影像

[星岛综合报道] 物理学家创造了全球最快的显微镜，其速度快到可以观察到电子的运动。这种新型装置是一种改良版的透射电子显微镜，它通过以一千亿分之一秒的电子脉冲捕捉电子在运动中的影像。

这是一项巨大的成就：电子以每秒约1367英里（2200公里每秒）的速度运行，这使得它们能够在仅仅18.4秒内环绕地球一周。

这款透射电子显微镜功能丰富，配备了XY机械平台、三个物镜，提供多达六种不同的放大倍率，双目30度倾斜目镜可以减少颈部疲劳。它甚至兼容可附加的摄像头。

通过使用这款显微镜研究微小的粒子，研究人员希望能够发现一些新成果，了解这些粒子如何飞行。研究结果已于8月21日发表在《Science Advances》期刊上。

“这款透射电子显微镜就像是最新款智能手机中的强大相机，能够拍摄以前无法看到的东西——比如电子，”这项研究的主要作者、亚利桑那大学物理学与光学科学副教授Mohammed Hassan在一份声明中表示，“有了这款显微镜，我们希望科学界能够理解电子如何运行及其背后的量子物理学。”

电子在原子和分子内如何排列和重组是物理学和化学中的一个重要问题，但这些微小粒子的快速运动使得它们难以研究。为了创造能够捕捉电子运动的曝光时间，物理学家在2000年代初期开发了产生阿秒（即10^-18秒）脉冲的方法，这一突破使得相关科学家获得了2023年诺贝尔物理学奖。

通过将显微镜的曝光时间缩短到几个阿秒的尺度（阿秒与一秒的关系相当于一秒与宇宙年龄的关系），物理学家们揭开了电子如何携带电荷、它们在半导体和液态水中的行为，以及原子间的化学键如何断裂。

但即便是几个阿秒的尺度，对于捕捉电子的个体运动来说仍然过大。为了实现这一目标，这项新研究的物理学家们调整了电子枪，使其产生仅为一阿秒的脉冲。

这些脉冲击中所研究的“样本”，当电子穿过样本时，它们会减速并改变电子束波前的形状。减速后的电子束随后被透镜放大，并击中一种当电子束落在其上时会发光的荧光材料。

通过将电子脉冲与两个精确同步的光脉冲配对（分别用来激发材料中的电子运动并协助电子脉冲的形成），他们成功地探测到了原子内电子的超快速运动。

图片：Getty Images

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