基于碳纳米管的新型超快电子源研发成功

记者3日获悉，来自上海交通大学、国家纳米科学中心等单位的科研人员，成功研发出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。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。相关研究成果在线发表于《自然·材料》杂志。

电子发射时间的测量。受访者供图

传统上，要制造能“看清”原子级别超快变化（比如电子运动）的显微镜，需要一个关键的部件——超快电子源。“这种电子源需要同时满足两个高要求：一是发射出的电子束能量非常集中，二是电子脉冲时间非常短。但以往基于金属尖端的电子源，就像鱼和熊掌不可兼得，难以兼顾高时间和空间分辨率。”论文共同通讯作者、上海交通大学教授戴庆说。

在这项最新研究中，科研人员用碳纳米管替代传统的金属尖端，作为新型超快电子源材料。他们使用仅有7飞秒的超短激光脉冲照射碳纳米管尖端，成功驱动电子发射。测量结果显示，发射出的电子束能量异常集中，能散低至0.3电子伏特，远优于传统金属源。

“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。

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。