摘要：近日，我校唐文新教授团队使用独特的三磁偏转的像差校正低能电子显微镜，精确调控低能电子入射能量，首次在反射成像模式下观察到理论预言的原子台阶导致的低能电子高阶量子相干条纹。这一发现为反射式全息表面电子显微镜提供了直接实验证据。合作者通过傅里叶光学理论计算，与对比实验高度吻合，结果发表在电子显微镜顶级期刊《Ultramicroscopy》。该项目受国家自然科学基金委国家重大仪器专项和重庆大学中央高校基本科研业务费的共同资助。
近日，重庆大学材料科学与工程学院唐文新教授团队利用自主研发的高分辨三磁偏转器的像差校正低能电子显微镜(AC-LEEM)，首次在Ag(111)单晶体等表面观测到反射模式下的高阶低能电子量子干涉条纹，低能电子量子干涉条纹对比度来自于低能电子从不同原子台阶面的干涉。研究者通过精细调节低能电子入射动能，系列实验结果与傅里叶光学模拟进行系统对比，发现该现象取决于高相干的电子源和电子入射动能。该现象是在调节三磁偏转器的AC-LEEM时的偶然发现，在唐文新教授指导下，研究团队进行长时间曝光增强，确认了实验结果的真实性，并排除由表面等离子体或显微镜成像系统不稳因素后得到确认。实验现象在铜表面和石墨烯等表面重复获得，是一个普遍现象。经过三年的傅立叶波动成像理论合作研究，最终团队成功理解了成像机制，为低能电子表面全息显微模式开启了大门。本文合作者之一香港科技大学物理系Michael Altman教授，最早于1997年从理论上预测到该高阶条纹的存在。24年后，Altman教授很高兴其理论预言得到了实验验证，并在该工作中傅立叶光学理论做了重要贡献。
唐文新教授特别提到该工作是在研发超快自旋极化低能电子显微镜过程中的偶然发现。项目需要耦合超瞬态自旋电子枪和冷场发射电子枪，进行了独特的三磁偏转器设计，可以耦合两个电子源同步工作。因此电子在入射到样品过程中会比传统的AC-LEEM多经过一个90度磁性偏转器。在调节高分辨率成像时，研究者有更高概率获得相对高的相干电子，从而在反射模式下首次发现高阶低能电子干涉条纹。实验发现：高阶干涉条纹十分敏感于表面形貌起伏和电荷分布，对表面薄膜和半导体表面缺陷检测可提供前所未有的灵敏度，具有重要的工业应用价值。该工作也是在研发原创基础科学工具过程中的意外发现。低能电子显微镜发明人Ernst Bauer教授认为该工作是继唐文新团队在像差校正自旋极化低能电子显微镜（AC-SPLEEM）突破后，表面显微镜领域内又一重大进展。
该结果以重庆大学为第一单位和通讯单位发表在电子显微学顶级期刊《Ultramicroscopy》。该项目受国家自然科学基金委国家重大专项和重庆大学中央高校基本科研业务费的共同资助。
文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304399121000735
