【摘要】：类似于光学显微镜中的偏振片，可在电子显微镜中设计特定的光阑，从而得到携带特定轨道动量的电子束。利用其作为透射电子显微镜的光源，则有可能实现在单原子尺度对具有特定轨道动量的原子进行成像、衍射或进行其他电子轨道的分析。目前，科学家们已经实现了特定轨道动量电子束的分离，但其亮度、空间分辨率及稳定性等都存在着很多需要解决的问题。
祝国珍
材料科学与工程学院特别副研究员
1 概要描述
为了观察微小物体，光学显微镜应运而生，但其极限分辨率受到一个基本物理原理的限制—即其分辨率大约为所用光源波长的一半。因此，采用光学显微镜仅能观察大约几百纳米的微小物体。为了观察物质更为细微的结构，科学家们采取电子作为短波光源［见图1（a）］，设计并建造了（透射）电子显微镜。有意思的是，电子不仅可以看作物质波作为短波光源，而且可以看作携带不同自旋或角动量的粒子，如图1（b）所示。类似于光学显微镜中的偏振片，可在电子显微镜中设计特定的光阑，从而得到携带特定轨道动量的电子束。利用其作为透射电子显微镜的光源，则有可能实现在单原子尺度对具有特定轨道动量的原子进行成像、衍射或进行其他电子轨道的分析。如已知材料中特定轨道动量的来源，甚至可以在实空间中进行单原子的电子轨道扭曲、畸变等分析。
图1 常规电子束成像（a）及特定轨道动量电子束成像（b）
目前，科学家们已经实现了特定轨道动量电子束的分离，但其亮度、空间分辨率及稳定性等都存在着很多需要解决的问题。此外，如何选定特定的自旋态电子束可能还需要技术上的突破。
2 应用意义与前景
该技术若能实现，理论上可以同时实现微观组织观察和物性测试（特别是磁学性能等），并有可能进一步将物性测试推进到单原子甚至于单电子尺度，从而极大拓展目前对材料结构的认知。
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