可見光顯微鏡能夠讓我們看到像活體細(xì)胞內(nèi)小器官那般小的微小物體，但它仍無(wú)法用來(lái)觀測(cè)固體中電子在原子間的分布情況。近期，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心表面物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孟勝研究組和羅斯托克大學(xué)極端光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)馬克斯普朗克量子光學(xué)研究所的科研人員合作，開發(fā)出一種新型的光顯微鏡，即“激光皮米顯微鏡（laser picoscopy）”，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)固體中價(jià)電子分布的實(shí)時(shí)觀測(cè)。 noC]&4b  
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該技術(shù)通過(guò)跟蹤在激光輻照下固體發(fā)射的高次諧波實(shí)現(xiàn)。高次諧波是在超強(qiáng)激光場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下介質(zhì)的一種極端非線性行為，其表現(xiàn)為材料發(fā)射出遠(yuǎn)紫外的相干諧波輻射，其對(duì)材料中電子（尤其是價(jià)電子）的狀態(tài)較敏感。因此，對(duì)于固體材料，它不僅可用于產(chǎn)生具有極限性能的超短激光脈沖，也可用作一種探測(cè)材料內(nèi)部電子性質(zhì)的有效手段。作為全光學(xué)的探測(cè)方法，利用高次諧波的固體材料測(cè)量不需要高的真空條件及對(duì)樣品的解理；由于高次諧波脈沖時(shí)間短，產(chǎn)生的熱效應(yīng)少，因此，對(duì)樣品幾乎沒(méi)有損傷。和傳統(tǒng)探測(cè)手段相比，其時(shí)空分辨率更高，因此，其逐漸被應(yīng)用在對(duì)電子能帶結(jié)構(gòu)、拓?fù)湫再|(zhì)及動(dòng)態(tài)電導(dǎo)率等性物性的測(cè)量中。 #)2'I`_E  
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X射線、電子束等探針僅對(duì)材料的總電子分布敏感，利用傳統(tǒng)方法實(shí)現(xiàn)價(jià)電子分布的直接空間成像仍具有難度，高分辨的測(cè)量更具挑戰(zhàn)性。利用高次諧波在測(cè)量上的優(yōu)勢(shì)，研究人員使用強(qiáng)大的激光閃光照射晶體材料薄膜，激光脈沖驅(qū)動(dòng)晶體中的電子快速擺動(dòng)。當(dāng)電子與周圍的電子反彈時(shí)，它們?cè)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=光譜',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_12">光譜的極紫外部分發(fā)生高次諧波輻射。通過(guò)分析這種輻射的性質(zhì)，可制作出一系列具有幾十皮米分辨率的圖片，以說(shuō)明電子云是如何分布在固體晶格中的原子之間的（圖1）。 ?k]^?7GN  
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研究人員利用自主發(fā)展的含時(shí)密度泛函理論方法，構(gòu)建出強(qiáng)光場(chǎng)作用下電子-勢(shì)壘的散射圖像，實(shí)現(xiàn)了高次諧波對(duì)價(jià)電子空間分布的重構(gòu)（圖2）。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定程度時(shí)，由于強(qiáng)場(chǎng)對(duì)勢(shì)壘強(qiáng)烈的壓制作用，固體中電子呈現(xiàn)出一定的準(zhǔn)自由行為，由此建立高次諧波產(chǎn)率與勢(shì)場(chǎng)分布的關(guān)系，通過(guò)對(duì)高次諧波強(qiáng)度的擬合，固體價(jià)電子的勢(shì)場(chǎng)和電荷密度的空間分布被建立起來(lái)。由于高次諧波具有較高的截止能量，這種價(jià)電子的空間成像可達(dá)到皮米量級(jí)的超高空間分辨率（圖3）。因此，借助高次諧波，不同元素價(jià)電子的空間分布尺度能夠被精確探測(cè)。研究顯示，高次諧波對(duì)價(jià)電子的空間成像不依賴于驅(qū)動(dòng)光的波長(zhǎng)，這表明該測(cè)量手段擁有涵蓋從太赫茲波段到可見光波段的廣泛光源適應(yīng)性。 >uN{co