用于纳米尺度可调超快电子发射的等离子体透镜

摘要： 将高能电子脉冲同时限制在飞秒时间和纳米空间尺度上，是科学界高度关注的研究课题——这类技术突破将对广泛的科学与工业应用产生深远影响。例如在超快电子散射领域，纳米级探针能够精确绘制具有纳米异质性的材料结构动力学图谱，从而揭示晶界与缺陷对宏观性能的影响机制。然而该领域的进展主要受限于电子源的亮度和尺寸。我们展示了面向下一代超快电子源的牛眼型等离激元透镜的设计、制备及光学表征。通过电磁模拟研究，我们揭示了光-等离激元耦合、等离激元传播、色散及共振效应之间的相互作用如何调控光发射电子脉冲的特性，并论证了通过几何设计调控脉冲时长与强度的可行性，预测可实现直径纳米级、脉宽低于10飞秒的电子脉冲。随后我们在金膜上制备了这类透镜，采用阴极荧光显微光谱技术表征其等离激元特性，证实其具备适用于超快纳米级光发射的优异性能。