纯电场首次引导电子运动 可开发新式电子显微镜

德国科学家首次成功利用纯电场引导电子运动，这一创新电导技术类似光纤中的波导，为物质波实验和非侵入性电子显微镜等领域带来新希望。相关研究成果发表在《物理评论快报》上。

电子属性的研究对于理解自然界基本法则至关重要。电子是首个展现出波粒二象性的基本粒子，在量子力学发展中占据重要地位。观测电子能为科学家研究物理学基本法则提供新的视角。由于电子体积小、运动速度快，控制起来相当困难。

此前与限制电子相关的实验主要在彭宁离子阱中进行，该离子阱结合稳恒磁场和振荡电场。如今，马克斯普朗克超快量子光学科研团队的皮特·霍默霍夫领导的团队将保罗阱技术应用于引导电子。通过向平板衬底上的电极施加约1吉赫的微波电压，他们首次成功使用纯电场引导电子进行慢速运动。这对于需要慢化电子的干涉量度实验等具有增殖电子的实验来说，是一大优势。

在实验中，电子在一个热源中产生，形成平行光束。这些电子无法进入由平板衬底上5个电极生成的“波导”，而是受到电极上方强振荡四极场的限制，被迫在径向小范围内波动行进。霍默霍夫表示，该实验证明了纯电场能有效引导电子。由于电子源产生的某些电子束校准不佳，实验中损失了不少电子。未来，科学家计划将新的微波导与锋利金属尖的电场产生的电子源结合，以获取校准良好的电子束。

新试验让科学家能够观察径向电压下电子的每一个量子力学振荡。实验参与者约翰内斯·霍夫罗格表示，电子被强烈限制意味着它们不太可能从一种量子状态跃迁到更高状态，使得单个量子状态持续时间较长。这为干涉量度实验等量子实验提供了可能。新方法还有望用于开发新型电子显微镜技术。