8 月 22 日消息，美國亞利桑那大學的研究人員開發出一種新型透射電子顯微鏡，其速度是如此之快，以至于可以實現對運動電子的觀察。

注意到，這項研究成果于 8 月 21 日發表在《科學進展》雜志上。研究人員希望通過這種新型顯微鏡對微觀粒子進行深入研究，以揭示電子運動的奧秘。

電子以每秒約 2200 公里的速度運動，可以在 18.4 秒內繞地球一周。因此，要捕捉電子的運動軌跡，需要極高的拍攝速度。研究人員通過生成僅持續一阿秒（10 的負 18 次方秒）的電子脈沖，實現了這一目標。

研究團隊表示，這種新型顯微鏡就像智能手機上的高性能相機，能夠幫助科學家們觀察以前無法看到的現象，如電子的運動。通過這種顯微鏡，科學家們有望更好地理解電子的量子物理特性以及其運動規律。

電子的排列和重排是物理學和化學領域的基本問題，但由于電子的運動速度極快，對其進行研究非常困難。在 21 世紀初，物理學家開發了生成阿秒級脈沖的方法，為研究電子的運動提供了新的工具。這一成果獲得了 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水平，物理學家們已經研究了電子的電荷傳遞、在半導體和液態水中的行為以及原子之間化學鍵的斷裂過程。然而，即使是阿秒級的曝光時間對于捕捉單個電子的運動仍然不夠快。

為了解決這個問題，研究人員對電子槍進行了改進，使其能夠產生僅持續一阿秒的電子脈沖。這些脈沖照射到被研究的樣品上，當電子穿過樣品時，它們的運動速度會減慢，并改變電子束波前的形狀。減速后的電子束隨后被透鏡放大，并照射到一種熒光材料上，該材料在電子束照射時會發光。

通過將電子脈沖與兩個精確同步的光脈沖結合（分別用于將材料中的電子激發成運動狀態和輔助電子脈沖的產生），研究人員能夠探測原子內部電子的超快運動。

研究團隊表示他們的透射顯微鏡已經實現了阿秒時間分辨率，并將其稱為“原子顯微鏡”，這是首次能夠觀察到電子的運動軌跡。

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總結

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