純電場(chǎng)引導(dǎo)電子運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn) 有助開發(fā)新式電子顯微鏡

德國(guó)科學(xué)家使用純電場(chǎng)，對(duì)電子進(jìn)行了有效地引導(dǎo)。新的電導(dǎo)技術(shù)就像光纖中的波導(dǎo)一樣，有望應(yīng)用于導(dǎo)物質(zhì)波實(shí)驗(yàn)、非侵入性電子顯微鏡等多個(gè)領(lǐng)域。相關(guān)研究發(fā)表在5月9日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。

厘清電子的屬性對(duì)人們理解自然界的基本法則非常重要。電子是*顯示出具有類似波的性質(zhì)的基本粒子，因此，其在量子力學(xué)理論的發(fā)展過程中*，觀測(cè)電子會(huì)給科學(xué)家研究物理學(xué)的基本法則提供新的視域。然而，電子小且運(yùn)行速度極快，因此很難控制。

目前與限制電子有關(guān)的實(shí)驗(yàn)主要在“彭寧離子阱”中進(jìn)行，該離子阱將一個(gè)穩(wěn)恒磁場(chǎng)同一個(gè)振蕩電場(chǎng)結(jié)合在一起。離子阱中使用的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)“保羅阱”1989年由因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的德國(guó)物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;保羅發(fā)明，“保羅阱”建立于施加了一個(gè)射頻電壓的四個(gè)電極上，得到的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生讓離子保持在陷阱*的驅(qū)動(dòng)力。

現(xiàn)在，馬克斯普朗克超快量子光學(xué)科研小組的負(fù)責(zé)人皮特·霍默霍夫*的團(tuán)隊(duì)將“保羅阱”應(yīng)用于引導(dǎo)電子上，通過朝建造在一個(gè)平板襯底上的電極施加一個(gè)約為1吉赫（GHz，千兆赫茲）的微波電壓，使用純電場(chǎng)有效地引導(dǎo)了電子慢速運(yùn)動(dòng)。對(duì)于很多具有增殖電子的實(shí)驗(yàn)，比如要用到慢電子的干涉量度實(shí)驗(yàn)來說，使用純電場(chǎng)限制電子非常具有優(yōu)勢(shì)。

實(shí)驗(yàn)中，電子在一個(gè)熱源中（像鎢絲在燈泡中被加熱一樣）產(chǎn)生，射出的電子被校準(zhǔn)同幾個(gè)電子伏特的一束平行光束平行，因此，電子無(wú)法進(jìn)入由一個(gè)平板襯底上的5個(gè)電極生成的“波導(dǎo)”中，而是由電極上方半毫米內(nèi)的一個(gè)振蕩四極場(chǎng)將電子限制在徑向，縱向沒有力施加于電子上，此處的電子能沿著“導(dǎo)管”自由行進(jìn)。因?yàn)閺较虻南拗品浅?qiáng)，電子被迫沿著電極小范圍波動(dòng)地行進(jìn)。

霍默霍夫表示，該實(shí)驗(yàn)證明，電子能被純電場(chǎng)有效地引導(dǎo)。然而，因?yàn)殡娮釉串a(chǎn)生的有些電子束校準(zhǔn)得不那么好，實(shí)驗(yàn)中失去了很多電子。未來，科學(xué)家計(jì)劃將新的微波導(dǎo)同鋒利金屬尖的電場(chǎng)產(chǎn)生的電子源結(jié)合在一起，有望提供校準(zhǔn)得非常好的電子束。

科學(xué)家能利用新試驗(yàn)觀測(cè)徑向電壓上電子的每個(gè)量子力學(xué)振蕩。該試驗(yàn)的參與者約翰內(nèi)斯·霍夫羅格表示，實(shí)驗(yàn)中觀察到的電子被強(qiáng)烈限制意味著，電子不太可能從一個(gè)量子狀態(tài)“躍遷”到更高狀態(tài)，單個(gè)量子狀態(tài)會(huì)持續(xù)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，科學(xué)家可用此進(jìn)行量子實(shí)驗(yàn)，諸如使用被引導(dǎo)的慢電子進(jìn)行的干涉量度實(shí)驗(yàn)等。新方法也能用于開發(fā)新式電子顯微鏡技術(shù)。