基于碳納米管的新型超快電子源研發成功

記者3日獲悉，來自上海交通大學、國家納米科學中心等單位的科研人員，成功研發出一種基于碳納米管的新型超快電子源，其發出的電子束能量異常集中且時間極短。這項成果突破了傳統技術瓶頸，為構建具備飛秒級時間分辨和原子級空間分辨的超快電子顯微鏡奠定了基礎。相關研究成果在線發表于《自然·材料》雜志。

電子發射時間的測量。受訪者供圖

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。