傳統上，要制造能“看清”原子級別超快變化（比如電子運動）的顯微鏡，需要一個關鍵的部件——超快電子源。“這種電子源需要同時滿足兩個高要求：一是發射出的電子束能量非常集中，二是電子脈沖時間非常短。但以往基于金屬尖端的電子源，就像魚和熊掌不可兼得，難以兼顧高時間和空間分辨率。”論文共同通訊作者、上海交通大學教授戴慶說。
在這項最新研究中，科研人員用碳納米管替代傳統的金屬尖端，作為新型超快電子源材料。他們使用僅有7飛秒的超短激光脈沖照射碳納米管尖端，成功驅動電子發射。測量結果顯示，發射出的電子束能量異常集中，能散低至0.3 電子伏特，遠優于傳統金屬源。
“更關鍵的是，我們發現并利用了碳納米管特有的‘延遲發射’機制。模擬研究表明，激光照射后，碳納米管尖端的電子會先發生集體‘振蕩’，并因電子間的相互作用，并非立刻而是稍晚一點才發射出來。”論文共同通訊作者、國家納米科學中心研究員李馳說，這個過程就像蓄力后再精準發射，顯著減少了激光強場直接加速造成的能量分散問題。
戴慶表示，這項研究未來將助力科學家“看清”超薄材料中粒子的瞬時變化，加速新材料與納米器件研發。
