德国于利希研究中心推出了一台自主研发的动量显微镜，该设备能够更清晰地呈现材料中电子的动量空间图像。电子在晶格中的运动方式决定了材料的导电性、磁性及量子效应等关键特性，了解电子行为对未来信息技术开发具有重要意义。“目前，国际上对这种方法的兴趣正在迅速增长，”于利希研究中心的克里斯蒂安·图舍博士解释道。

图舍博士在推动动量显微镜技术发展方面发挥了关键作用，其工作曾获得2018年凯·西格巴恩奖和2016年同步辐射创新奖，近期还在《应用物理快报》上发表了关于该方法的综述文章。“我们与机械车间共同研制的这台新设备是一项真正的创新。目前没有任何一家专业公司能提供类似的产品，”图舍博士表示。

以往动量显微镜通常需要大型研究设施作为辐射源，如电子加速器或X射线激光器。于利希系统则采用台式紫外激光器，通过新开发的电子光学设计实现更高效率，并提供更清晰的电子态图像。该设备基于光电效应，当光照射材料时电子被发射并保持动量和自旋方向，可据此重构其量子态。“然而，在捕捉更宽能量范围内的自旋和动量时，传统方法存在局限性，”图舍博士解释说，动量显微镜将两种方法结合，“只需一次或几次测量，就能获得完整的图像。”

动量显微镜不仅能显示电子位置，还能呈现其运动方式，在一次实验中获取动量、自旋、轨道及空间时间变化等信息。其中一项关键成果是费米面，它描述电子动量分布，用于确定材料基本物理性质。研究人员将其用作指纹，可揭示材料是金属、半导体，还是具有超导性或复杂磁性的量子材料。

自问世以来，动量显微镜技术已取得多项突破。图舍博士团队成功制备出一种二维半金属，该材料仅允许特定自旋方向的电子导电——这为自旋电子学开辟了方向。此外，研究人员还观察到控制电子轨道角动量的新效应，为未来“轨道电子学”提供了前景。该设备适用于金属、铁磁体、氧化物、有机薄膜和拓扑量子材料等多种现代材料，其电子透镜可通过改变电压进行虚拟位移，放大动量图像的特定部分。利用激光激发电子还可进行时间分辨实验，研究电子设备开关过程中的超快过程。

图舍博士表示：“我们最希望的是能够遇到以前从未见过的未知效果。”目前该显微镜仍处于测试阶段，使用金晶体作为校准参考，后续将拓展至其他材料，为探索量子世界打开新的窗口。

出版详情：作者：陈英俊等，标题：《动量显微镜及其应用》，发表于：《应用物理快报》(2026)。期刊信息：《应用物理快报》