可見光顯微鏡使科學(xué)家能夠看到微小的物體，例如活細(xì)胞。但是，他們無法分辨電子如何在固體原子之間分布?，F(xiàn)在，羅斯托克大學(xué)極限光子學(xué)實驗室的Eleftherios Goulielmakis教授和德國Garching的馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所的研究人員以及中國科學(xué)院北京物理研究所的研究人員已經(jīng)發(fā)展起來克服了這一局限性的一種新型光學(xué)顯微鏡，稱為Picoscope。

研究人員使用了強大的激光閃爍以照射晶體材料薄膜。這些激光脈沖使晶體電子快速擺動。當(dāng)電子從周圍的電子反彈時，它們發(fā)出光譜中最紫外線部分的輻射。通過分析這種輻射的性質(zhì)，研究人員組成了圖片，這些圖片說明了電子云如何以數(shù)十皮米(十億分之一毫米)的分辨率分布在固體晶格中的原子之間。實驗為新型的基于激光的顯微鏡鋪平了道路，該顯微鏡可以使物理學(xué)家，化學(xué)家和材料科學(xué)家以前所未有的分辨率觀察微觀世界的細(xì)節(jié)，從而理解并最終控制材料的化學(xué)和電子特性。

數(shù)十年來，科學(xué)家一直使用激光閃光來了解縮影的內(nèi)部運作。這樣的激光閃光現(xiàn)在可以跟蹤固體內(nèi)部的超快速微觀過程。盡管如此，它們?nèi)詿o法在空間上解析電子，即無法看到電子如何占據(jù)晶體中原子之間的微小空間，或者它們?nèi)绾涡纬蓪⒃颖３衷谝黄鸬幕瘜W(xué)鍵。一百多年前，恩斯特·阿貝(Ernst Abbe)發(fā)現(xiàn)了原因?？梢姽庵荒鼙鎰e尺寸與其波長(大約幾百納米)相當(dāng)?shù)奈矬w。但是要看到電子，顯微鏡必須將其放大倍數(shù)提高數(shù)千倍。

為了克服這一局限，古利爾馬基斯(Goulielmakis)和同事采取了不同的方法。他們開發(fā)了一種能產(chǎn)生強大激光脈沖的顯微鏡。他們稱他們的設(shè)備為光鏡。該小組的研究員哈西特·拉克霍蒂亞(Harshit Lakhotia)表示：“強大的激光脈沖可以迫使晶體材料內(nèi)部的電子成為其周圍空間的攝影師?！?/p>

當(dāng)激光脈沖穿透晶體內(nèi)部時，它可以捕獲電子并將其驅(qū)動為快速擺動運動。Lakhotia說：“隨著電子的運動，它會感覺到周圍的空間，就像汽車會感覺到崎road不平的路面不平一樣。” 當(dāng)激光驅(qū)動的電子越過其他電子或原子形成的凸起時，它減速并以比激光器高得多的頻率發(fā)射輻射?！巴ㄟ^記錄和分析這種輻射的性質(zhì)，我們可以推斷出這些微小凸起的形狀，并且可以繪制出顯示電子密度的圖片。Extreme Photonics Labs的博士研究員Hee-Yong Kim說：“晶體中的晶體是高是低?！奔す庹障喾ńY(jié)合了窺視X射線等大量材料以及探測價電子的能力。后者可以通過掃描隧道顯微鏡來實現(xiàn)，但只能在表面上進(jìn)行?！?/p>

北京物理研究所的孟勝生和研究小組的理論固態(tài)物理學(xué)家說：“有了能夠探測的價電子密度，我們也許很快就可以對計算固體的性能進(jìn)行基準(zhǔn)測試。狀態(tài)物理工具。我們可以優(yōu)化現(xiàn)代最先進(jìn)的模型，以更精細(xì)的細(xì)節(jié)預(yù)測材料的性能。這是激光顯微技術(shù)帶來的令人興奮的方面。”

現(xiàn)在，研究人員正在進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)。他們計劃在三個維度上探測電子，并進(jìn)一步使用包括二維和拓?fù)洳牧显趦?nèi)的各種材料對方法進(jìn)行基準(zhǔn)測試。Goulielmakis說：“由于激光象素技術(shù)可以很容易地與時間分辨激光技術(shù)結(jié)合使用，因此有可能很快就可以記錄材料中電子的真實電影。這是超快科學(xué)和物質(zhì)微觀領(lǐng)域一個長期的目標(biāo)。”