以色列理工大學(xué)近日表示，艾杜·卡米內(nèi)爾教授及其團(tuán)隊(duì)在量子科學(xué)領(lǐng)域取得了重大突破，研發(fā)出能記錄光流的量子顯微鏡，并利用它直接觀察束縛在光晶體內(nèi)的光。相關(guān)研究發(fā)表在《自然》雜志上。

卡米內(nèi)爾說，他們研發(fā)出的超快透射電子顯微鏡是全球最先進(jìn)的近場光學(xué)顯微鏡，用它可將不同波長的光源以不同角度照亮任何納米材料樣品，并繪制樣品中光與電子的相互作用。研究小組成員、論文第一作者王康鵬博士表示，這是他們首次真實(shí)觀察到光束縛在納米材料中的動(dòng)態(tài)，而非依靠計(jì)算機(jī)模擬。

新的研究突破具有眾多潛在應(yīng)用前景，包括設(shè)計(jì)新的量子材料來存儲具有更高穩(wěn)定性的量子比特，以及幫助提高手機(jī)和其他類型顯示屏的色彩銳度?？變?nèi)爾認(rèn)為，利用極高分辨率的超快透射電子顯微鏡研究更先進(jìn)的納米/量子材料，將產(chǎn)生更廣泛的影響。例如，當(dāng)今世界上最先進(jìn)的屏幕使用基于量子點(diǎn)的QLED技術(shù)，從而在更高清晰度情況下讓色彩對比度得以控制。但面臨的難題是如何在大尺寸屏幕上提高量子點(diǎn)的質(zhì)量并使它們更均勻。新的研究將超越現(xiàn)有技術(shù)的能力，改善屏幕的分辨率和色彩對比。

超快速透射電子顯微鏡包括40千伏至200千伏的變壓電子加速器和激光系統(tǒng)。加速器可將電子加速至光速的30%—70%，激光系統(tǒng)能產(chǎn)生功率40瓦且接近100飛秒的光脈沖。超快電子透射顯微鏡構(gòu)成飛秒量級泵浦探針裝置，研究人員利用光脈沖激活納米材料樣品和利用電子脈沖探測樣品的瞬態(tài)，電子脈沖穿透樣品并對其成像。這種具有多維度能力的整體設(shè)置十分有助于全面了解納米級物體基本特征。

過去，量子電動(dòng)力學(xué)研究了量子物質(zhì)與光腔模式之間的相互作用，這對構(gòu)成量子技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)物理學(xué)的發(fā)展至關(guān)重要。但是迄今為止，所有實(shí)驗(yàn)都只關(guān)注光與束縛電子系統(tǒng)(例如原子、量子點(diǎn)和量子電路)的相互作用，這些束縛電子系統(tǒng)在能量狀態(tài)、光譜范圍和選擇規(guī)則上均存在較大限制。

新突破的核心在于將超快自由電子和光相互作用的研究進(jìn)展引入一種新型的量子物質(zhì)，即量子自由電子“波包”。量子自由電子“波包”沒有束縛電子系統(tǒng)固有的限制。雖然對自由電子激發(fā)新的空腔效應(yīng)存在著多種理論預(yù)測，但是由于相互作用的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間的基本限制，因而以前從未觀察到自由電子的光子腔效應(yīng)。(記者毛黎)

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