來源：宇宙與科學(xué)

體育電視頻道上的一部慢動作電影以百分之一秒的時間顯示過程。相比之下，納米級的過程發(fā)生在飛秒范圍內(nèi)：例如，一個電子只需要十億分之一秒就可以繞氫原子運行一圈。世界各地的物理學(xué)家正在使用特殊的儀器來捕捉薄膜中的超快納米過程。

來自英國的科學(xué)家們開發(fā)了一種基于不同物理概念的此類電影的新方法，從而允許進一步和更精確的調(diào)查選擇。他們將電子顯微鏡與產(chǎn)生很短光脈沖的納米結(jié)構(gòu)金屬薄膜相結(jié)合來實現(xiàn)這一目的。在**次實驗中，他們因此能夠記錄薄膜上半導(dǎo)體中光和電子的相干相互作用，顯示超快納米工藝的電影通常使用高功率激光和電子顯微鏡制作。但很明顯，只有少數(shù)幾個研究小組能夠負擔(dān)得起大型復(fù)雜的設(shè)備。

“我們的概念不需要昂貴和復(fù)雜的激光器，而且很容易復(fù)制。電子顯微鏡將電子束成束，加速并引導(dǎo)到材料樣品上。電子是如何通過樣品或被反射的，這就可以得出材料的財產(chǎn)和內(nèi)部過程的結(jié)論。電子顯微鏡具有比光學(xué)顯微鏡更好的空間分辨率，并使納米范圍的研究成為可能?！彼_發(fā)的特殊組件使得提高電子顯微鏡的時間分辨率并將其轉(zhuǎn)換為超快版本變得相對容易。

通過這種納米級技術(shù)，在沒有激光的情況下，也可以在飛秒時間尺度的超快薄膜中捕獲過程，英國另一所大學(xué)開發(fā)了“納米篩”，以提供所需的短光脈沖。這個概念的一個關(guān)鍵組成部分是一種特殊的“納米篩”，可用于電子顯微鏡，功能類似于光源。當(dāng)電子束照射到這一點時，空穴圖案會產(chǎn)生有針對性的短光脈沖，可用于制作快速薄膜。為了制造這種特殊的篩子，研究人員在一層薄薄的金箔上鉆了25至200納米的小孔。

這個項目獲得了歐盟歐洲研究委員會150萬歐元的ERC啟動贈款，第四物理研究所憑借其在納米技術(shù)領(lǐng)域的Z越基礎(chǔ)設(shè)施，是超快納米光學(xué)和等離子體學(xué)領(lǐng)域的研究小組之一，并與MPI進行了多年的成功合作。薄膜中記錄的電子和光子之間的相互作用在當(dāng)前出版物中描述的實驗中，來自篩狀納米結(jié)構(gòu)的短光脈沖以光速撞擊半導(dǎo)體樣品。在這里，它們激發(fā)激子，即所謂的準粒子。

“如果很短時間后，較慢的電子束也撞擊到半導(dǎo)體樣品，我們可以從電子的反應(yīng)中看出激子在這段時間內(nèi)的行為?！彪娮邮凸饷}沖疊加產(chǎn)生的陰極發(fā)光信號顯示出電子和光子之間的相干相互作用。為了能夠在薄膜中捕捉這些過程，研究人員還將壓電晶體集成到顯微鏡裝置中。這允許它們精確地改變光源和樣品之間的空間距離，并由此改變?nèi)肷涔饷}沖和電子之間的時間距離。通過這種方式，可以在過程的不同階段拍攝圖像，并將其組裝成電影。

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