研究人员经常使用电子显微镜来可视化微观事物，如病毒，半导体器件中的微小结构，甚至排列在材料表面的原子。为了实现高空间分辨率，电子束必须聚焦到一个原子的大小。
光场电子透镜的概念图。电子束（蓝色）从光束腰部位置的环形光束（红色）接收聚焦力。插图显示了腰部区域的详细信息。图片来源：Yuuki Uesugi等人。 当电子束穿过静电或磁性透镜时，电子射线会根据聚焦角度呈现不同的焦点位置，并且光束在焦点处变宽。由于校正这种“球面像差”既昂贵又耗时，只有少数科学家和公司拥有原子分辨率的电子显微镜。 东北大学的研究人员开发了一种形成电子透镜的新方法，该透镜使用光场而不是传统电子透镜中使用的静电和磁场。由于质动力作用，在光场中移动的电子从高光学强度的区域被排斥。与电子束同轴放置的环形光束应该利用这种现象对电子束产生透镜效应。 研究人员研究了由传统环形光束制成的光场电子透镜的性质，理论上也称为贝塞尔或拉盖尔 - 高斯光束。研究人员能够使用焦距和球面像差系数的简单公式快速建立实际电子透镜设计所需的指导参数。 公式表明，光场电子透镜产生“负”球面像差，这与静电和磁性电子透镜产生的像差相反。使用光场电子透镜来平衡像差，并使用具有“正”球面像差的标准电子透镜将电子束的大小降低到原子大小。因此，光场电子透镜可用于校正球面像差。 光场电子透镜具有传统静电和磁性电子透镜所没有的独特特性。基于光的像差校正器的将实现显着降低原子分辨率电子显微镜的安装成本，从而使其在各种科学和工业领域中得到广泛应用。 Yuuki Uesugi，研究主要作者，东北大学先进材料多学科研究所助理教授。 在未来，Uesugi和同事们正在研究如何在下一代电子显微镜中使用光场电子透镜。 |
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