飞秒透射电子显微镜的装置架构

通过利用源自飞秒激光器的阿秒 X 射线脉冲迫使电子逸出，可以追踪电子在固体、液体或气体内部及其附近的运动。这些发射电子的动量携带有电子态的印记。像差校正透射电子显微镜已能观测单个原子，并具有足够的能量灵敏度来量化原子键合与电子构型。超快电子显微镜与衍射领域的最新进展表明，空间与时间信息可以同时采集。在本工作中，我们将飞秒透射电子显微镜（fs-TEM）的能力推向超快激光器与电子显微镜的最先进水平。这有望促进在电子时间与空间尺度上对物理、化学和生物结构动力学的前所未有的阐明。所进行数值研究的 fs-TEM 采用了纳米针尖源、至 70 keV 的静电加速、磁透镜束流传输与聚焦、样品周围的聚光镜-物镜以及太赫兹时间压缩器，并包含了传播过程中的空间电荷效应。我们发现，在电子发射等效于 20 fs 激光脉冲的情况下，对于平均包含 20 个电子的脉冲，低于 10 nm 的空间分辨率和低于 10 fs 的时间分辨率将是可行的。对样品处横向电场的影响进行了建模，表明 1 V/$\mu$m 的场强是可以分辨的。