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量子显微镜诞生:利用4D电镜技术直接观察自由电子与光子腔之间的相干相互作用
2021-06-04 | 来源：
量子显微镜诞生:利用4D电镜技术直接观察自由电子与光子腔之间的相干相互作用以色列理工学院的研究团队在量子科学领域取得了巨大突破，研究人员利用日本电子JEM-2100Plus结合超快电镜技术搭建了一种可记录光流的四维（4D）电子显微镜，也称为量子显微镜（QuantumMicroscope
量子显微镜诞生:利用4D电镜技术直接观察自由电子与光子腔之间的相干相互作用
以色列理工学院的研究团队在量子科学领域取得了巨大突破，研究人员利用日本电子JEM-2100Plus结合超快电镜技术搭建了一种可记录光流的四维（4D）电子显微镜，也称为量子显微镜（Quantum Microscope）,通过同时获得高的空间和时间分辨率,提供一系列物理学和材料研究中前所未有的功能,如可以直接观察光子晶体内捕获的光。该研究成果以《自由电子与光子腔之间的相干相互作用》为题，发表在6月3日的《Nature》杂志上。论文的第一作者、博士后中国学者Wang Kangpeng评论道：“这是我们第一次真正看到光被纳米材料捕获时的动态，而不是依靠计算机模拟。” Kaminer教授，本次项目的团队负责人详细描述了整个实验的过程：“我们使用了日本电子JEM-2100Plus 4D超快透射电镜,它具有40~200 kV的高加速电压,可将电子加速至光速的30-70％,随机配套的超快激光系统则在40w下具有100fs的脉冲，这样的组合使得透射显微镜可使用光脉冲激发样品，并使用电子脉冲探测样品的瞬态。使用这种组合的透射电镜被称为4D超快电镜。超快电镜的研究发展引入了一种新型的量子物质-量子自由电子“波包”。过去，量子电动力学（QED）研究了量子物质与光的腔模之间的相互作用，所有实验都只关注与束缚电子系统（例如原子、量子点和量子电路）相互作用的光，这些系统在固定能量状态、光谱范围和选择规则上受到很大限制。但是，使用4D显微镜，可以通过利用电子的量子特性可记录样品的近场光学图，更有效实现强耦合、光子量子态合成和新颖的量子非线性现象。而这是经典理论无法解释的。 这一突破可能会对众多潜在应用产生影响。例如，当今世界上最先进的屏幕使用基于量子点的QLED技术，可以以更高的清晰度控制色彩对比度。利用4D显微镜设计这些微小量子点的质量，使它们更加均匀。这将提高屏幕分辨率和色彩对比度。
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