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研究首次实现纯电场引导电子运动 |
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有助于开发出新式电子显微镜 |
据美国物理学家组织网5月10日报道，德国明升体育app家首次使用纯电场，对电子进行了有效地引导。新的电导技术就像光纤中的波导一样，有望应用于导物质波实验、非侵入性电子显微镜等多个领域。相关研究发表在5月9日出版的《物理评论快报》（PRL）上。
厘清电子的属性对人们理解自然界的基本法则非常重要。电子是首个显示出具有类似波的性质的基本粒子，因此，其在量子力学理论的发展过程中不可或缺，观测电子会给明升体育app家研究物理学的基本法则提供新的视域。然而，电子小且运行速度极快，因此很难控制。
目前与限制电子有关的实验主要在“彭宁离子阱”中进行，该离子阱将一个稳恒磁场同一个振荡电场结合在一起。离子阱中使用的标准技术“保罗阱”1989年由因此获得诺贝尔物理学奖的德国物理学家沃尔夫冈·保罗发明，“保罗阱”建立于施加了一个射频电压的四个电极上，得到的电场会产生让离子保持在陷阱中央的驱动力。
现在，马克斯普朗克超快量子光学科研小组的负责人皮特·霍默霍夫领导的团队将“保罗阱”应用于引导电子上，通过朝建造在一个平板衬底上的电极施加一个约为1吉赫（GHz，千兆赫兹）的微波电压，首次使用纯电场有效地引导了电子慢速运动。对于很多具有增殖电子的实验，比如要用到慢电子的干涉量度实验来说，使用纯电场限制电子非常具有优势。
实验中，电子在一个热源中（像钨丝在灯泡中被加热一样）产生，射出的电子被校准同几个电子伏特的一束平行光束平行，因此，电子无法进入由一个平板衬底上的5个电极生成的“波导”中，而是由电极上方半毫米内的一个振荡四极场将电子限制在径向，纵向没有力施加于电子上，此处的电子能沿着“导管”自由行进。因为径向的限制非常强，电子被迫沿着电极小范围波动地行进。
霍默霍夫表示，该实验证明，电子能被纯电场有效地引导。然而，因为电子源产生的有些电子束校准得不那么好，实验中失去了很多电子。未来，明升体育app家计划将新的微波导同锋利金属尖的电场产生的电子源结合在一起，有望提供校准得非常好的电子束。
明升体育app家能利用新试验观测径向电压上电子的每个量子力学振荡。该试验的参与者约翰内斯·霍夫罗格表示，实验中观察到的电子被强烈限制意味着，电子不太可能从一个量子状态“跃迁”到更高状态，单个量子状态会持续相当长的时间，明升体育app家可用此进行量子实验，诸如使用被引导的慢电子进行的干涉量度实验等。新方法也能用于开发新式电子显微镜技术。（来源：科技日报 刘霞）
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