顯微鏡的發(fā)明，可以說(shuō)開(kāi)創(chuàng)人類(lèi)眼睛視力的新紀(jì)元，它將一個(gè)全新的世界展現(xiàn)在了人類(lèi)的視野里。以顯微鏡為基礎(chǔ)，人類(lèi)科技發(fā)展也進(jìn)入了一個(gè)與過(guò)往科學(xué)發(fā)展完全不相同的范疇——微觀領(lǐng)域。

　　隨著顯微技術(shù)的不斷發(fā)展，如今各個(gè)領(lǐng)域都與顯微鏡產(chǎn)生了密切的關(guān)聯(lián)，如材料、教育、醫(yī)療、生物制藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)防科技、化學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域中，顯微鏡都發(fā)揮著巨大的作用。

　　而隨著科技的不斷進(jìn)步以及科研需求的急劇提升，不少研究中對(duì)顯微鏡也提出了更高的要求：要有更高的分辨率、更高的信噪比等等。近年來(lái)，超快掃描隧道顯微鏡原始概念和核心技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)革新，不少研究人員加入了激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心江穎課題組也于2012年開(kāi)始超快掃描隧道顯微鏡的研究。

　　2020年，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心江穎教授與中國(guó)科學(xué)院物理研究所孟勝研究員、翁羽翔研究員以及中國(guó)科學(xué)院王恩哥院士等合作，成功研制出了超快掃描隧道顯微鏡。研究成果已于2020年5月19日發(fā)表在物理領(lǐng)域期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。

　　據(jù)了解，掃描隧道顯微鏡由于其隧穿電流具有高度的局域性，空間分辨率可以達(dá)到原子量級(jí)。然而受電流放大器帶寬的局限掃描隧道顯微鏡的時(shí)間分辨一般只能達(dá)到微秒量級(jí)，而很多微觀動(dòng)力學(xué)過(guò)程往往發(fā)生在皮秒和飛秒量級(jí)。而研究人員通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的光學(xué)掃描探頭和激光調(diào)制技術(shù)，盡可能抑制了激光熱效應(yīng)和溫度漂移的影響，并增強(qiáng)了激光誘導(dǎo)的隧道電流信號(hào)，大大提高了信噪比。這套全新的超快掃描隧道顯微鏡系統(tǒng)，可在超高真空液氦溫度環(huán)境中工作，最高時(shí)間分辨率可達(dá)百飛秒，最長(zhǎng)時(shí)間延遲可達(dá)微秒量級(jí)，相關(guān)性能參數(shù)達(dá)到國(guó)際比較好。

　　利用這臺(tái)設(shè)備，研究人員對(duì)單個(gè)極化子的非平衡動(dòng)力學(xué)過(guò)程進(jìn)行了深入研究。通過(guò)測(cè)量時(shí)間分辨的單個(gè)極化子動(dòng)力學(xué)，研究人員發(fā)現(xiàn)捕捉到金屬氧化物表面單個(gè)極化子的非平衡動(dòng)力學(xué)行為。該研究揭示了原子尺度環(huán)境對(duì)極化子非平衡動(dòng)力學(xué)過(guò)程的重要影響，為光催化反應(yīng)中的高活性位點(diǎn)提供了新的微觀圖像，同時(shí)也為納米光催化材料的缺陷工程提供了全新的思路。

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