純電場引導(dǎo)電子運動實現(xiàn) 有助開發(fā)新式電子顯微鏡

德國科學(xué)家使用純電場，對電子進行了有效地引導(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)波實驗、非侵入性電子顯微鏡等多個領(lǐng)域。相關(guān)研究發(fā)表在5月9日出版的《物理評論快報》上。

厘清電子的屬性對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*，觀測電子會給科學(xué)家研究物理學(xué)的基本法則提供新的視域。然而，電子小且運行速度極快，因此很難控制。

目前與限制電子有關(guān)的實驗主要在“彭寧離子阱”中進行，該離子阱將一個穩(wěn)恒磁場同一個振蕩電場結(jié)合在一起。離子阱中使用的標(biāo)準技術(shù)“保羅阱”1989年由因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎的德國物理學(xué)家沃爾夫?qū)?middot;保羅發(fā)明，“保羅阱”建立于施加了一個射頻電壓的四個電極上，得到的電場會產(chǎn)生讓離子保持在陷阱*的驅(qū)動力。

現(xiàn)在，馬克斯普朗克超快量子光學(xué)科研小組的負責(zé)人皮特·霍默霍夫領(lǐng)導(dǎo)的團隊將“保羅阱”應(yīng)用于引導(dǎo)電子上，通過朝建造在一個平板襯底上的電極施加一個約為1吉赫（GHz，千兆赫茲）的微波電壓，使用純電場有效地引導(dǎo)了電子慢速運動。對于很多具有增殖電子的實驗，比如要用到慢電子的干涉量度實驗來說，使用純電場限制電子非常具有優(yōu)勢。

實驗中，電子在一個熱源中（像鎢絲在燈泡中被加熱一樣）產(chǎn)生，射出的電子被校準同幾個電子伏特的一束平行光束平行，因此，電子無法進入由一個平板襯底上的5個電極生成的“波導(dǎo)”中，而是由電極上方半毫米內(nèi)的一個振蕩四極場將電子限制在徑向，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。因為徑向的限制非常強，電子被迫沿著電極小范圍波動地行進。

霍默霍夫表示，該實驗證明，電子能被純電場有效地引導(dǎo)。然而，因為電子源產(chǎn)生的有些電子束校準得不那么好，實驗中失去了很多電子。未來，科學(xué)家計劃將新的微波導(dǎo)同鋒利金屬尖的電場產(chǎn)生的電子源結(jié)合在一起，有望提供校準得非常好的電子束。

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