超光電顯微鏡問世　精確控制光控原子

編譯／高晟鈞

由哈佛大學開發的革命性新型超光學顯微鏡於近期問世，它具有極高的空間與時間解析度。使用這種鏡頭的顯微鏡將有望在半導體和太陽能電池技術方面，帶來革命性的影響。

該顯微鏡的鏡頭，首次使用極限紫外輻射（Extreme Ultra Radiation）成為可能。這種極短的波長使得這種超光學顯微鏡可以追蹤阿秒（10^-18秒）範圍內的發生的物理過程，像是現代晶體管內部的實時圖像、分子和原子與光的相互作用等等。

阿秒物理學中大多使用極限紫外輻射光，但由於這種光震盪速度極快，並且這種光無法穿透大多數的光學材料，因此直到現在還沒有可用的成像系統。哈佛大學研究團隊中的Marcus Ossiander提出了一個新的想法：「光學的物理原理是否真的是不可逆的？你是否能放棄某些部件來作為光學儀器的基礎？」

基於這一想法，超光學顯微鏡問世了。極薄的矽箔經過精確計算的小孔排列可以傳導並聚焦入射的阿秒光。研究團隊觀察到，這些真空隧道所傳出的光能多餘小孔本身覆蓋表面應有的光能，而這也意味著，這項光學儀器實際上將紫外線吸收了。

這項新的光學儀器由刻有微小孔結構，直徑大約200奈米的薄膜組成。整個鏡頭由數以億計的孔組成，單個孔直徑在20-80奈米之間，膜上平均每微米便有10個孔結構。作為比較，人體頭髮大約是60-100微米厚，小病毒直徑大約為15奈米。

為了測試新型顯微鏡，研究團隊使用高能量的短波長脈衝波，精確地控制光控原子的過程。在格拉茨的實驗裝置中，光束被聚焦到惰性氣體射流中，藉此產生極限紫外輻射光並集中在短波長脈衝中。通過這種針對阿秒物理學優化的光源，證明了超光學的有效性。

撘載該鏡頭的超光學顯微鏡問世，對於半導體和太陽能電池技術至關重要，尤對於其在追蹤電荷載流子於空間和時間的超快物理運動更是如此。在現今晶體管和光電電路中，許多物理過程的維度已經快速地向奈米和阿秒範圍內靠攏。新的超光學技術將有望優化處理這些物理運動的相關信息。

資料來源:Phys.org

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