研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯層充當(dāng)電子束的鏡子，電子束的分束器不存在

石墨烯層可以作為電子束的鏡子，這是物理學(xué)家Dani l Geelen和同事使用一種新型電子顯微鏡發(fā)現(xiàn)的，其研究結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報》期刊上。這種新技術(shù)稱為“eV-TEM”，這是電子顯微鏡的一種新變體，它能將電子束對準(zhǔn)樣品，以便對其成像。

低能量電子

根據(jù)量子力學(xué)定律，電子也是波，就像可見光一樣，但是波長要短得多。正因為如此，與光學(xué)顯微鏡相比，可以成像更小的細(xì)節(jié)。然而，從長遠(yuǎn)來看，電子沖擊通常會損壞樣品。這是Dani l Geelen，Johannes Jobst，Sense Jan van der Molen和Rudolf Tromp使用慢電子的原因之一，只攜帶幾個電子伏特（eV，因此稱為“eV-TEM”）的低能量電子，而不是通常的數(shù)萬或數(shù)十萬電子伏特。

石墨烯中的電子

多年以來，該小組運行由IBM的Tromp開發(fā)LEEM（低能電子顯微鏡），可以對反射的電子進行成像。Geelen增強了儀器，使其有可能成像通過樣品的電子，即“透射”，這使儀器在透射電子顯微鏡（eV-TEM）中轉(zhuǎn)動。

首先研究的材料是石墨烯，一種類似絲的平面二維六角形分子圖案中碳的變化。研究人員向石墨烯的單層、雙層和三層發(fā)射慢電子，并對傳輸過程進行成像。Sense Jan van der Molen表示：已經(jīng)有很多關(guān)于電子在石墨烯層中行為的研究，但是對于它們?nèi)绾慰鐚右苿拥难芯烤透倭恕?/p>

檢驗理論

70年代的一個理論模型預(yù)測，慢電子可以很容易地通過薄層，因為它們幾乎不會與這些層中的電子相互作用。然后，當(dāng)電子的能量和速度提高時，預(yù)計相互作用的數(shù)量會增加，這將導(dǎo)致通過樣品的電子越來越少。不管樣品的確切材料是什么，這個“通用曲線”應(yīng)該保持不變。然而物理學(xué)家們注意到了一些非常不同的東西，在特定的電子能量下，測量透射率的急劇下降，這與反射中的峰值相對應(yīng)，對于具有一定能量的電子，石墨烯就像一面鏡子。

鏡面石墨烯

在這項研究中，研究人員提供了一個解釋：電子是波，在特定波長下，從單獨石墨烯層反射的波將相互增強。這種“相長干涉”導(dǎo)致石墨烯層堆疊充當(dāng)電子的鏡子。在眼鏡或雙筒望遠(yuǎn)鏡上，減反射涂層的綠色或略帶紫色色調(diào)中也可以看到類似效果。

它們也由層組成，這會對綠色或紫色光產(chǎn)生相長干涉。依賴波長的鏡像證明薄樣品的行為，不像預(yù)期那樣可預(yù)測和獨立于準(zhǔn)確的材料。這些結(jié)果在很大程度上依賴于材料的電子結(jié)構(gòu)和電子能量。此外，該研究還提出了使用層狀石墨烯作為電子束反射鏡的可能性，有可能將用作分束器。

石墨烯薄層

分束器是將單個入射光束，分成兩個單獨的光束，是光學(xué)中常用的標(biāo)準(zhǔn)器件，但目前還不存在用于電子束的分束器，石墨烯也許可以填補這個缺口。但首先，研究人員想要對其他材料進行成像，這使得對層狀材料以及在常規(guī)電子顯微鏡下，會被破壞敏感生物分子的全新研究成為可能。