科研人員近日取得了一項(xiàng)突破性的進(jìn)展，成功研發(fā)出了一種全新的超快電子源技術(shù)，該技術(shù)有望極大地提升電子顯微鏡的性能。這項(xiàng)成果由上海交通大學(xué)與國(guó)家納米科學(xué)中心等多個(gè)單位的專家聯(lián)手完成，相關(guān)研究成果已在《自然·材料》雜志上發(fā)表。

在電子顯微鏡領(lǐng)域，要實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別的超快變化觀測(cè)，一個(gè)至關(guān)重要的組件便是超快電子源。傳統(tǒng)上，這種電子源需要同時(shí)保證電子束能量的高度集中和電子脈沖時(shí)間的極短，然而，以往基于金屬尖端的電子源往往難以同時(shí)滿足這兩個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)。

為了突破這一技術(shù)瓶頸，科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地采用了碳納米管作為新型超快電子源材料。他們利用僅有7飛秒的超短激光脈沖照射碳納米管尖端，成功激發(fā)了電子的發(fā)射。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這種新型電子源發(fā)射出的電子束能量極為集中，能量分散度低至0.3電子伏特，性能遠(yuǎn)超傳統(tǒng)金屬源。

值得注意的是，科研人員在研究中還發(fā)現(xiàn)并利用了碳納米管特有的“延遲發(fā)射”機(jī)制。據(jù)研究揭示，當(dāng)激光照射碳納米管尖端時(shí)，其上的電子會(huì)先發(fā)生集體振蕩，并非立即發(fā)射，而是稍后才因電子間的相互作用而發(fā)射出來(lái)。這一機(jī)制如同蓄力后的精準(zhǔn)發(fā)射，有效減少了激光強(qiáng)場(chǎng)直接加速導(dǎo)致的能量分散問(wèn)題。

這一創(chuàng)新成果不僅突破了傳統(tǒng)技術(shù)的限制，更為構(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堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)有望助力科學(xué)家更清晰地觀測(cè)超薄材料中粒子的瞬時(shí)變化，從而加速新材料與納米器件的研發(fā)進(jìn)程。