透射电子显微镜 (TEM) 可以通过使用电子代替光来在原子尺度上对分子结构进行成像，并彻底改变了材料科学和结构生物学。在过去的十年里，人们对将电子显微镜与光学激发相结合产生了很多兴趣，例如，试图通过光控制和操纵电子束。但一个主要的挑战是传播电子与光子之间相当弱的相互作用。
在一项新研究中，研究人员使用集成光子微谐振器成功证明了极其高效的电子束调制。该研究由 EPFL 的 Tobias J. Kippenberg 教授和马克斯普朗克生物物理化学研究所和哥廷根大学的 Claus Ropers 教授领导，并发表在Nature 上。
这两个实验室形成了一种非常规的合作，加入了通常互不相关的电子显微镜和集成光子学领域。光子集成电路可以在超低损耗的芯片上引导光，并使用微环谐振器增强光场。在 Ropers 小组进行的实验中，电子束被引导通过光子电路的光学近场，以允许电子与增强光相互作用。然后，研究人员通过测量吸收或发射数十到数百个光子能量的电子的能量来探测这种相互作用。光子芯片是由 Kippenberg 的团队设计的，其构建方式使微环谐振器中的光速与电子速度完全匹配，从而大大增加了电子-光子相互作用。
该技术能够对电子束进行强调制，而连续波激光器仅产生几毫瓦功率——这是由普通激光指示器产生的功率水平。该方法极大地简化了电子束的光学控制并提高了效率，可以在常规透射电子显微镜中无缝实现，并使该方案具有更广泛的适用性。
“基于低损耗氮化硅的集成光子电路取得了巨大的进步，并正在集中推动许多新兴技术和基础科学的进步，如激光雷达、电信和量子计算，现在被证明是电子束操纵的新成分，”基彭伯格说。
“将电子显微镜与光子学连接起来有可能将原子尺度成像与相干光谱独特地联系起来，”Ropers 补充道。“对于未来，我们预计这将对微观光学激发产生前所未有的理解和控制。”
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