前沿科技之純電場首次引導電子運動 可開發新式顯微鏡

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據美國物理學家組織網5月10日報道，德國科學家首次使用純電場，對電子進行了有效地引導。新的電導技術就像光纖中的波導一樣，有望應用于導物質波實驗、非侵入性電子顯微鏡等多個領域。相關研究發表在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。電子是首個顯示出具有類似波的性質的基本粒子，因此，其在量子力學理論的發展過程中不可或缺，觀測電子會給科學家研究物理學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。
: w+ g1 {8 v9 w目前與限制電子有關的實驗主要在“彭寧離子阱”中進行，該離子阱將一個穩恒磁場同一個振蕩電場結合在一起。離子阱中使用的標準技術“保羅阱”1989年由因此獲得諾貝爾物理學獎的德國物理學家沃爾夫岡·保羅發明，“保羅阱”建立于施加了一個射頻電壓的四個電極上，得到的電場會產生讓離子保持在陷阱中央的驅動力。

8 ?9 d) ]5 `$ C" z7 ]! y　　現在，馬克斯普朗克超快量子光學科研小組的負責人皮特·霍默霍夫領導的團隊將“保羅阱”應用于引導電子上，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，首次使用純電場有效地引導了電子慢速運動。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”中，而是由電極上方半毫米內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。然而，因為電子源產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，科學家計劃將新的微波導同鋒利金屬尖的電場產生的電子源結合在一起，有望提供校準得非常好的電子束。

　　科學家能利用新試驗觀測徑向電壓上電子的每個量子力學振蕩。該試驗的參與者約翰內斯·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“躍遷”到更高狀態，單個量子狀態會持續相當長的時間，科學家可用此進行量子實驗，諸如使用被引導的慢電子進行的干涉量度實驗等。新方法也能用于開發新式電子顯微鏡技術。
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