创新镜头为原子分辨率电子显微镜提供了新途径

电子显微镜使研究人员能够可视化微小的物体，例如病毒、半导体器件的精细结构，甚至是排列在材料表面上的原子。将电子束聚焦到原子大小对于实现如此高的空间分辨率至关重要。然而，当电子束通过静电或磁透镜时，电子射线会根据聚焦角度呈现不同的焦点位置，并且电子束会在焦点处扩散开来。校正这种“球差”既昂贵又复杂，这意味着只有少数科学家和公司拥有具有原子分辨率的电子显微镜。

东北大学的研究人员提出了一种形成电子透镜的新方法，该方法使用光场代替传统电子透镜中使用的静电场和磁场。有质动力使在光场中行进的电子被高光强度区域排斥。利用这种现象，与电子束同轴放置的环形光束有望对电子束产生透镜效应。

这些研究从理论上评估了使用典型的环形光束(称为贝塞尔或拉盖尔-高斯光束)形成的光场电子透镜的特性。从那里，他们获得了焦距和球面像差系数的简单公式，使他们能够快速确定实际电子透镜设计所需的引导参数。

公式表明，光场电子透镜产生与静电和磁电子透镜的像差相反的“负”球面像差。传统电子透镜与“正”球面像差和抵消像差的光场电子透镜的组合将电子束尺寸减小到原子级。这意味着光场电子透镜可以用作球面像差校正器。

“光场电子透镜具有传统静电和磁性电子透镜所没有的独特特性，”东北大学先进材料多学科研究所助理教授、该研究的主要作者 Yuuki Uesugi 说。“基于光的像差校正器的实现将显着降低原子分辨率电子显微镜的安装成本，从而使其在各种科学和工业领域得到广泛应用，”Uesugi 补充道。

展望未来，Uesugi 及其同事正在探索使用光场电子透镜实际应用下一代电子显微镜的方法。

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