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研究发现,石墨烯层充当电子束的镜子,电子分束器或将成为可能!
来源:博科园   发布日期:2019-08-26 12:57   浏览:12737次  值班编辑QQ:点击这里给我发消息

石墨烯层可以作为电子束的镜子,这是物理学家Dani l Geelen和同事使用一种新型电子显微镜发现的,其研究结果发表在《物理评论快报》期刊上。这种新技术称为“eV-TEM”,这是电子显微镜的一种新变体,它能将电子束对准样品,以便对其成像。

低能量电子

根据量子力学定律,电子也是波,就像可见光一样,但是波长要短得多。正因为如此,与光学显微镜相比,可以成像更小的细节。然而,从长远来看,电子冲击通常会损坏样品。这是Dani l Geelen,Johannes Jobst,Sense Jan van der Molen和Rudolf Tromp使用慢电子的原因之一,只携带几个电子伏特(eV,因此称为“eV-TEM”)的低能量电子,而不是通常的数万或数十万电子伏特。

石墨烯中的电子

多年以来,该小组运行由IBM的Tromp开发LEEM(低能电子显微镜),可以对反射的电子进行成像。Geelen增强了仪器,使其有可能成像通过样品的电子,即“透射”,这使仪器在透射电子显微镜(eV-TEM)中转动。

首先研究的材料是石墨烯,一种类似丝的平面二维六角形分子图案中碳的变化。研究人员向石墨烯的单层、双层和三层发射慢电子,并对传输过程进行成像。Sense Jan van der Molen表示:已经有很多关于电子石墨烯层中行为的研究,但是对于它们如何跨层移动的研究就更少了。

检验理论

70年代的一个理论模型预测,慢电子可以很容易地通过薄层,因为它们几乎不会与这些层中的电子相互作用。然后,当电子的能量和速度提高时,预计相互作用的数量会增加,这将导致通过样品的电子越来越少。不管样品的确切材料是什么,这个“通用曲线”应该保持不变。然而物理学家们注意到了一些非常不同的东西,在特定的电子能量下,测量透射率的急剧下降,这与反射中的峰值相对应,对于具有一定能量的电子石墨烯就像一面镜子。

镜面石墨烯

在这项研究中,研究人员提供了一个解释:电子是波,在特定波长下,从单独石墨烯层反射的波将相互增强。这种“相长干涉”导致石墨烯层堆叠充当电子的镜子。在眼镜或双筒望远镜上,减反射涂层的绿色或略带紫色色调中也可以看到类似效果。

它们也由层组成,这会对绿色或紫色光产生相长干涉。依赖波长的镜像证明薄样品的行为,不像预期那样可预测和独立于准确的材料。这些结果在很大程度上依赖于材料的电子结构和电子能量。此外,该研究还提出了使用层状石墨烯作为电子束反射镜的可能性,有可能将用作分束器。

石墨烯薄层

分束器是将单个入射光束,分成两个单独的光束,是光学中常用的标准器件,但目前还不存在用于电子束的分束器,石墨烯也许可以填补这个缺口。但首先,研究人员想要对其他材料进行成像,这使得对层状材料以及在常规电子显微镜下,会被破坏敏感生物分子的全新研究成为可能。

博科园|研究/来自:莱顿大学

参考期刊《自然通讯

DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.086802

博科园|科学、科技、科研、科普

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