纯电场引导电子运动首次实现

根据美国物理学家网络5月10日的一份报告，德国科学家首次使用纯电场来有效地引导电子。与光纤中的波导一样，新的导电技术有望应用于许多领域，如导波实验和无创电子显微镜。这项研究发表在5月9日的《物理评论快报》上。

阐明电子的属性对于人们理解自然的基本规律是非常重要的。电子是第一个表现出类波性质的基本粒子。因此，它们在量子力学理论的发展中是不可或缺的。观察电子将为科学家研究物理基本定律提供一个新的视角。然而，电子很小，运行速度非常快，所以很难控制。

目前，与电子限制有关的实验主要是在“潘宁离子阱”中进行的，它将稳定的磁场和振荡的电场结合在一起。离子阱中使用的标准技术“保罗阱”是德国物理学家沃尔夫冈·保罗于1989年发明的，他因此获得了诺贝尔物理学奖。“保罗陷阱”是建立在四个电极上的，电极上加有射频电压。由此产生的电场产生一种驱动力，将离子保持在阱的中心。

现在，由马克斯·普朗克超快量子光学研究小组组长彼得·霍姆霍夫领导的小组应用“保罗陷阱”来引导电子。通过将大约1千兆赫(GHz，千兆赫)的微波电压施加到构建在平坦衬底上的电极上，电子的缓慢运动首次被纯电场有效地引导。对于许多扩散电子的实验，例如使用慢电子的干涉测量实验，使用纯电场来限制电子是非常有利的。

在实验中，电子在热源中产生(就像钨丝在灯泡中加热一样)。发射的电子被校准为平行于几电子伏特的平行束。因此，电子不能进入由平面衬底上的五个电极产生的“波导”。相反，电子被电极上方半毫米内的振荡四极场限制在径向。纵向上没有力施加在电子上。这里的电子可以沿着“导管”*移动。因为径向限制非常强，电子*在小范围的波动中沿着电极移动。

霍夫曼说，实验证明，纯电场可以有效地引导电子。然而，由于一些由电子源产生的电子束没有被很好地校准，许多电子在实验中丢失了。未来，科学家计划将这种新型微波导与电场产生的电子源结合起来，这种电子源具有尖锐的金属尖端，有望提供校准良好的电子束。

科学家可以用新的实验来观察电子在径向电压下的每一次量子机械振荡。参与实验的约翰尼斯·霍弗罗格(Johannes Hofrog)表示，实验中观察到的对电子的强烈限制意味着电子不太可能从量子态“跃迁”到更高的态，单个量子态将持续相当长的时间。科学家可以用它来进行量子实验，比如使用慢电子的干涉测量实验。新方法也可用于开发新的电子显微镜技术。