当电子在分子或半导体内移动时，这种情况会在难以想象的短时间尺度内发生。包括奥尔登堡大学 Jan Vogelsang 博士在内的瑞典-德国团队现在在更好地理解这些超快过程方面取得了重大进展：研究人员能够利用激光脉冲具有纳米范围的空间分辨率和以前未达到的时间分辨率。

通过这些实验，该团队证明了一种方法的适用性，该方法可用于更好地理解纳米材料和新型太阳能电池中电子的行为以及其他应用。隆德大学的研究人员，包括去年三位诺贝尔物理学奖获得者之一的 Anne L'Huillier 教授博士，参与了这项发表在《高级物理研究》杂志上的研究。

在他们的实验中，研究小组将一种特殊类型的电子显微镜(称为光电子显微镜(PEEM))与阿秒物理技术结合起来。科学家们使用极短持续时间的光脉冲来激发电子并记录它们的后续行为。“这个过程很像摄影中捕捉快速运动的闪光灯，”福格申解释道。阿秒非常短——只有十亿分之一秒。

正如该团队报告的那样，迄今为止类似的实验未能达到跟踪电子运动所需的时间精度。微小的基本粒子比更大更重的原子核旋转得快得多。然而，在本研究中，科学家们结合了两种技术要求很高的技术：光发射电子显微镜和阿秒显微镜，而不影响空间或时间分辨率。

“我们现在终于达到了可以使用阿秒脉冲来详细研究原子水平和纳米结构中光与物质相互作用的程度，”福格桑说。

实现这一进步的一个因素是使用每秒产生特别大量阿秒闪光的光源，在本例中为每秒 200,000 个光脉冲。每个闪光平均从晶体表面释放一个电子，使研究人员能够在不相互影响的情况下研究它们的行为。“每秒生成的脉冲越多，从数据集中提取小测量信号就越容易，”物理学家解释道。

本研究的实验是在隆德大学(瑞典)的 Anne L'Huillier 实验室进行的，该实验室是全球为数不多的拥有此类实验所需技术设备的研究实验室之一。

Vogelsang于2017年至2020年在隆德大学担任博士后研究员，目前正在奥尔登堡大学建立一个类似的实验实验室。未来，两个团队计划继续研究并探索电子在各种材料和纳米结构中的行为。

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