物理与天文学院张杰教授和向导教授课题组探索了一种利用库伦排斥力压缩相对论电子束脉宽以提高超快电子衍射时间分辨率的新方法，该工作作为‘编辑推荐’（Editor's Suggestion）文章发表在2018年1月的《物理评论快报》 【Phys. Rev. Lett. 120, 044801 (2018)】；作为本期的亮点文章之一（Featured in Physics），Physics以‘更清楚的看到原子世界’(A clearer view of the atomic world)为题目对该工作进行了特别介绍。

超快电子衍射是广泛用于原子尺度超快结构动力学研究的技术: 在该技术中，首先利用激光去激发动力学过程，随后利用有精确时间延时的超短电子束脉冲去测量原子的分布；通过改变电子束和激光的延时，可以获得原子在不同时间的信息，进而在原子尺度重建超快结构动力学的全过程。在该技术中，激光脉宽、电子束的脉宽和电子束相对泵浦激光的时间抖动决定了其时间分辨率。

由于电子之间的库伦排斥力，电子在产生后会在时间上和空间上膨胀，该效应导致电子束脉宽较长，降低了超快电子衍射的时间分辨率。过去20年，尽管科研人员提出了多种用于电子束脉宽压缩的新技术，但是这些技术在把电子束脉宽压缩的同时，都会增加电子束的时间抖动。上海交通大学超快电子衍射与成像课题组提出了一种新方法，与传统方法试图减弱库伦排斥力的影响相反，该方法巧妙地利用库伦排斥力来压缩电子束脉宽。该方法在待压缩的电子束前后各引入一个驱动电子束，利用前后驱动电子束对中心待压缩电子束的排斥力，不仅可以抑制待压缩电子束自身库伦排斥力对电子束脉宽的展宽，同时还能将待压缩电子束脉宽压短；此外，该压缩过程不引入额外的时间抖动，大幅提高了超快电子衍射的时间分辨率，使得科研人员可以更清楚的看到原子世界，并有望开辟超快科学新的机会。

本工作主要由基金委国家重大科研仪器设备研制项目（No. 11327902）、科技部青年973项目（No. 2015CB859700）、中组部青年人才及上海市科委（No. 16DZ2260200）资助，博士生鲁超为文章第一作者，上海交通大学为该工作的唯一完成单位。

来源：上海交通大学