两个激光器在空间和时间上进行电子的控制

在一个电子显微镜中，电子由尖尖的金属尖激发出，所以他们可以实现精度很高的操纵和控制。最近，这样的金属尖端也被用来作为产生X射线的高精度的电子源。来自维也纳技术大学（维也纳）的一组研究人员，与来自埃尔朗根-纽伦堡大学（德国）的研究人员一起合作，已经开发出一种相比以往具有更高精度控制的电子发射方法。在两个激光脉冲的帮助下，现如今有可能实现非常短的时间尺度上进行电子流动的开关切换。
　　只是针尖
　　“其基本的想法就像一个避雷针，”Christoph Lemell说（来自于维也纳技术大学）。“针周围的电场的最强处恰好在针的尖端。这就是为什么闪电总是击中一根杆的尖端，正是同样的原因，电子会留在一根针的顶端”
　　具有非常尖结构的针，可以用现代的纳米技术方法进行制备。他们的尖端只有几纳米宽，所以在这一点上发射电子可实现很高的精度。此外，对于在哪个时间点上发射电子的控制也是重要的。
　　利用一种新的方法，这种对于时间上的控制已成为可能，即：“两个不同的激光脉冲在金属尖端发射，” 来自维也纳技术大学的Florian Libisch解释说。选择这两个激光器的颜色，使得这样的一个激光的光子具有恰好两倍于其它激光光子的能量。同时，确保光波振荡的完美的同步性也是十分重要的。
　　在计算机模拟的帮助下，维也纳技术大学的研究团队能够预测，两个激光脉冲之间微小的时间延迟可以作为一个“电子开关”。这一预测已经由埃尔朗根-纽伦堡大学的Peter Hommelhoff教授的研究团队进行了实验上的证实。在这些实验的基础上，现在就有可能详细了解这个过程了。
　　吸收光子
　　当激光脉冲在金属尖端发射时，它的电场可以让电子从金属中裂开出来，这是一个众所周知的现象。新的想法是，利用两个不同的激光的组合可以用来在飞秒时间尺度上控制电子的发射。
　　有不同的方法可以使一个电子获得足够的能量离开金属尖端：它可以吸收两个来自高能量激光的光子或四个来自低能量激光的电子。这两种机制都会有同样的结果。“就像在双缝实验中的粒子，是同一时间两个不同的路径，电子可以同时参加两个不同的过程，”来自维也纳技术大学的Joachim Burgd?rfer教授说。“本质上不是必须选择两种可能性中的一种，两者都是同样真实且互相干扰。”
　　通过仔细调整两个激光器，它是可能实现两个量子物理过程是否相互放大的控制，这导致了电子发射的增加，或他们是否会相互抵消，那意味着几乎没有任何电子发射。这是一种简单有效的控制电子发射的方法。
　　这不仅是一种新的实现高能量电子实验的方法，这种新技术也打开了可实现X射线控制时代的大门。“新型的X射线源已经使用窄的金属尖端阵列作为电子源实现，”Lemell说。“利用我们的这种新方法，这些纳米尖端可以恰好正确的方式被触发，并产生相干X射线辐射。”

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