我国科学家突破技术瓶颈，研发出飞秒级超快电子源

　　因为光场诱导的自由电子加速，基于金属针尖的激光驱动电子源，通常受制于能量扩散和脉冲宽度之间折中，这使得超越当前最先进的技术，极具有挑战性。

　　国家纳米科学中心、上海交通大学、国防科技大学、南京大学等机构成功研发出了一种基于碳纳米管的新型超快电子源，其发出的电子束能量异常集中且时间极短，可实现 0.3 电子伏特(eV)能量展宽和 13 飞秒(fs)电子脉冲(1 飞秒 = 千万亿分之一秒)。

　　

 

　　这项成果突破了传统技术瓶颈，为构建具备飞秒级时间分辨和原子级空间分辨的超快电子显微镜奠定了基础，已于 7 月 2 日发表在《自然・材料》上(IT之家附 DOI:10.1038/s41563-025-02279-7)。

　　科研人员提出了基于一维碳纳米管的新型延迟发射机制。在使用7 fs激光脉冲照射碳纳米管的实验中，观察到电子在激光脉冲结束后延迟数十飞秒才发射，成功避免了光场直接加速的影响。

　　

 

　　▲7 飞秒激光驱动的单色发射

　　该延迟发射导致约 0.3eV 显著降低的能量扩散和约 13fs 的电子脉冲宽度。通过含时密度泛函理论计算，研究发现了延迟发射是由集体振荡和电子-电子相互作用驱动的。

　　

 

　　▲发射尖端上的电子信号采样

　　“更关键的是，我们发现并利用了碳纳米管特有的‘延迟发射’机制。模拟研究表明，激光照射后，碳纳米管尖端的电子会先发生集体‘振荡’，并因电子间的相互作用，并非立刻而是稍晚一点才发射出来。”论文共同通讯作者、国家纳米科学中心研究员李驰说，这个过程就像蓄力后再精准发射，显著减少了激光强场直接加速造成的能量分散问题。

　　

 

　　▲放电时间的测量

　　戴庆表示，这项研究未来将助力科学家“看清”超薄材料中粒子的瞬时变化，加速新材料与纳米器件研发。