中科大利用自主研制儀器首次發(fā)現(xiàn)非線性電子散射現(xiàn)象

中科大陳向軍教授研究組與羅毅教授合作，利用自主研制的掃描探針電子能譜儀首次發(fā)現(xiàn)非線性電子散射現(xiàn)象。成果發(fā)表在最新一期著名期刊《自然·物理》上，這一現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)有可能發(fā)展出一種革命性的表面單分子探測(cè)技術(shù)。

電子能量損失譜學(xué)，是分析材料化學(xué)組成的一種重要手段。電子打到樣品上，會(huì)損失能量而發(fā)生非彈性散射，電子損失的能量取決于樣品原子及其所處的狀態(tài)。通過(guò)收集測(cè)量非彈性散射電子，可以獲得樣品中元素分布和原子相互作用等信息。然而，在常規(guī)電子散射中，非彈性電子只占極少比例，大多數(shù)電子是沒(méi)有能量損失的彈性散射電子。

中科大科研人員將電子能譜學(xué)技術(shù)與掃描探針技術(shù)相結(jié)合，自主研制了掃描探針電子能譜儀。實(shí)驗(yàn)中，離樣品表面只有幾個(gè)微米距離的鎢針尖加上電壓后發(fā)射出攜帶能量的電子，電子與石墨表面的銀納米結(jié)構(gòu)相互作用后，散射的電子被分析器收集并按照能量分類，從而獲得能量損失值。實(shí)驗(yàn)表明，電子在銀納米結(jié)構(gòu)上激發(fā)出的一種特殊空間分布，可以導(dǎo)致非線性電子散射現(xiàn)象。更多的電子損失能量，使非彈性電子的強(qiáng)度顯著增強(qiáng)。羅毅教授提出一種單電子兩步過(guò)程的理論模型，解釋了這種非線性電子散射。

非線性電子散射不僅是一種全新物理現(xiàn)象，同時(shí)還會(huì)帶來(lái)一種新的、具有潛力的譜學(xué)技術(shù)——“非線性電子散射譜學(xué)”，未來(lái)可以用于研究吸附在金屬納米顆粒上的單個(gè)原子或分子，對(duì)推動(dòng)物理學(xué)基礎(chǔ)研究具有重要意義。