世界最快显微镜百亿亿分之一秒内捕捉电子运动，速度太快了！|光脉冲|显微镜|激光器|电子运动|速度|阿秒

在实际应用中，它们的移动速度通常要慢得多，但即使是这些较慢的速度，对我们的眼睛或技术来说也太快了。这使得观察电子的行为成为一项挑战，但现在一种新的显微镜成像技术的发展使科学家能够实时捕捉它们的运动。

这是亚利桑那大学图森分校由Dandan Hui和Husain Alqattan领导的一个物理学家团队的工作，它可以以阿秒的速度拍摄图像；那是五分之一秒。他们把这项技术命名为阿片显微镜。
亚利桑那大学图森分校的物理学家穆罕默德·哈桑说：“电子显微镜内部时间分辨率的提高一直是人们期待已久的，也是许多研究小组的重点，因为我们都想看到电子的运动。”。
“这些运动发生在阿秒。但现在，我们第一次能够用我们的电子透射显微镜获得阿秒的时间分辨率，我们称之为‘阿微镜’。这是我们第一次看到运动中的电子碎片。”
透射电子显微镜（TEM）是一种用于生成物理世界中最小结构图像的技术。它依靠电子而不是光来生成图像。一束电子穿过材料样品；电子和样品之间的相互作用产生了图像。例如，下面是白细胞的TEM图像。

带有三个较暗圆圈部分的斑点的黑白图像
白细胞的透射电子显微镜（TEM）图像。（Jeremy Skepper博士/归因4.0国际（CC BY 4.0））
TEM依赖于电子传输所依赖的激光脉冲的速度，而不是传统相机的快门速度。激光脉冲的持续时间越快，得到的图像就越好。因此，如果你想要更好的图像质量，实现这一目标的方法是开发一种可以发射更短脉冲的激光器。
以前，TEM激光器的持续时间达到了几阿秒，在一列火车中释放，有点像短暂的静电爆发。
这是一项绝对了不起的、值得诺贝尔奖的成就；但问题是，尽管这会产生一系列图像，但电子移动得更快，因此脉冲之间电子的变化消失了。
研究人员想看看他们是否能找到一种方法将脉冲束的持续时间缩短到阿秒，即束中电子移动的速度，从而使TEM能够在冻结帧中捕获它们。

使用原子显微镜获得的真实空间中电子运动的计算快照。（Hui和Alqattan等人，科学进展，2024）
这一突破是通过将脉冲分成三个来实现的：两个光脉冲和一个电子脉冲。第一个光脉冲称为泵浦脉冲。它将能量注入石墨烯样品中，导致电子跳跃。
随后是第二个光脉冲或门脉冲，它创建了一个门或窗口。当它“打开”时，向样品发射一个阿秒电子脉冲，并捕获阿秒速度的亚原子过程。
结果是一张精确的电子动力学图，这张图为研究这些重要粒子的行为方式打开了大门。