|
據美國物理學(xué)家組織網(wǎng)5月10日報道，德國科學(xué)家首次使用純電場(chǎng)，對電子進(jìn)行了有效地引導。新的電導技術(shù)就像光纖中的波導一樣，有望應用于導物質(zhì)波實(shí)驗、非侵入性電子顯微鏡等多個(gè)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。電子是首個(gè)顯示出具有類(lèi)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(guò)程中不可或缺，觀(guān)測電子會(huì )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(shí)驗主要在“彭寧離子阱”中進(jìn)行，該離子阱將一個(gè)穩恒磁場(chǎng)同一個(gè)振蕩電場(chǎng)結合在一起。離子阱中使用的標準技術(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)家沃爾夫岡·保羅發(fā)明，“保羅阱”建立于施加了一個(gè)射頻電壓的四個(gè)電極上，得到的電場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生讓離子保持在陷阱中央的驅動(dòng)力。 現在，馬克斯普朗克超快量子光學(xué)科研小組的負責人皮特·霍默霍夫領(lǐng)導的團隊將“保羅阱”應用于引導電子上，通過(guò)朝建造在一個(gè)平板襯底上的電極施加一個(gè)約為1吉赫（GHz，千兆赫茲）的微波電壓，首次使用純電場(chǎng)有效地引導了電子慢速運動(dòng)。對于很多具有增殖電子的實(shí)驗，比如要用到慢電子的干涉量度實(shí)驗來(lái)說(shuō)，使用純電場(chǎng)限制電子非常具有優(yōu)勢。 實(shí)驗中，電子在一個(gè)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(gè)電子伏特的一束平行光束平行，因此，電子無(wú)法進(jìn)入由一個(gè)平板襯底上的5個(gè)電極生成的“波導”中，而是由電極上方半毫米內的一個(gè)振蕩四極場(chǎng)將電子限制在徑向，縱向沒(méi)有力施加于電子上，此處的電子能沿著(zhù)“導管”自由行進(jìn)。因為徑向的限制非常強，電子被迫沿著(zhù)電極小范圍波動(dòng)地行進(jìn)。 霍默霍夫表示，該實(shí)驗證明，電子能被純電場(chǎng)有效地引導。然而，因為電子源產(chǎn)生的有些電子束校準得不那么好，實(shí)驗中失去了很多電子。未來(lái)，科學(xué)家計劃將新的微波導同鋒利金屬尖的電場(chǎng)產(chǎn)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(xué)家能利用新試驗觀(guān)測徑向電壓上電子的每個(gè)量子力學(xué)振蕩。該試驗的參與者約翰內斯·霍夫羅格表示，實(shí)驗中觀(guān)察到的電子被強烈限制意味著(zhù)，電子不太可能從一個(gè)量子狀態(tài)“躍遷”到更高狀態(tài)，單個(gè)量子狀態(tài)會(huì )持續相當長(cháng)的時(shí)間，科學(xué)家可用此進(jìn)行量子實(shí)驗，諸如使用被引導的慢電子進(jìn)行的干涉量度實(shí)驗等。新方法也能用于開(kāi)發(fā)新式電子顯微鏡技術(shù)。 |
