电子显微镜使研究人员能够可视化细小的物体，例如病毒，半导体设备的精细结构，甚至排列在材料表面上的原子。将电子束聚焦到原子的大小对于实现如此高的空间分辨率至关重要。但是，当电子束穿过静电镜或磁性镜头时，电子的光线表现出不同的焦点位置，具体取决于聚焦角，并且光束在聚焦处散布。纠正这种“球形像差”是昂贵且复杂的，这意味着只有少数科学家和公司拥有具有原子分辨率的电子显微镜。

Tohoku大学的研究人员提出了一种新方法，以形成一种电子镜头，该电子镜头使用光场代替传统电子透镜中使用的静电和磁场。蓬勃的力量导致在光场中传播的电子从高光强度的区域排斥。使用这种现象，预计用电子束同轴放置的甜点形光束将对电子束产生镜头效应。

研究理论上评估了使用典型的白菜形光束形成的光场电子镜头的特性 - 被称为贝塞尔或拉瓜尔 - 高斯束。从那里，他们获得了一个简单的公式，用于焦距和球形像差系数，使他们能够快速确定实际电子镜头设计所需的指导参数。

该公式表明，光场电子透镜会产生“负”球形畸变，从而反对静电和磁性电子透镜的像差。传统电子镜头与“正”球形像差和浅野电子镜头的组合，抵消了像差的畸变，将电子束的尺寸降低到原子尺度。这意味着灯场电子镜头可以用作球形像差校正器。

“光场电子镜头具有在常规静电和磁性电子镜头中看不到的独特特征，” Tooku University多学科研究所助理教授，研究的主要作者Yuuki Uesugi说。Uesugi补充说：“基于光的畸变校正器的实现将显着降低具有原子分辨率的电子显微镜的安装成本，从而导致它们在各种科学和工业领域的广泛使用。”

展望未来，Uesugi及其同事正在探索使用光场电子镜头实际应用下一代电子显微镜的方法。

参考：Uesugi Y，Kozawa Y，SatoS。由Bessel和Laguerre – Gaussian Beams产生的电子镜头的特性。J选择。2022. doi：10.1088/2040-8986/ac6524

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