中国科学技术大学陈向军教授研究组与罗毅教授合作，利用自主研制的扫描探针电子能谱仪发现了全新的非线性电子散射现象，该现象的发现有可能发展出一种革命性的固体表面单分子探测技术。研究成果发表在最新一期的《自然•物理》(Nature Physics 10 (2014) 753-757)上。 

 

　　电子能量损失谱学是分析材料化学组成的一种重要手段，它通过测量电子的非弹性散射获得原子分子的信息。然而在常规的电子散射中，非弹性电子只占极少的比例，大多数电子是没有能量损失的弹性散射电子。徐春凯副教授、陈向军教授及其同事将电子能谱学技术与扫描探针技术结合自主研制了扫描探针电子能谱仪，并利用针尖场发射电子束与石墨表面的银纳米结构相互作用，测量散射电子的能谱。实验表明，银纳米结构激发出的局域等离激元场可以导致非线性的电子散射现象，使得非弹性电子的强度显著增强。罗毅教授提出了一种单电子两步过程的理论模型解释了这种非线性电子散射。 

 

　　非线性电子散射不仅是一种全新的物理现象，它同时还会带来一种新的、具有潜力的谱学技术即“非线性电子散射谱学”，未来可以用于研究吸附在金属纳米结构上的原子、分子。非线性电子散射过程会大大提高信噪比，从而实现固体表面纳米空间分辨的原子分子谱学测量。Phys.org网站和亚洲科学家杂志对研究成果做了专题报道。 

 

　　陈向军教授研究组长期以来一直利用自主研制的实验装置开展电子与原子分子碰撞的结构与动力学研究，并取得了一系列的成果，是该领域国际知名的研究组之一。十年前，研究组开始尝试把电子能谱学技术与固体表面的扫描探针技术创新性地结合起来，研制扫描探针电子能谱仪，“十年磨一剑”，终于取得了重要的进展。 

 

　　本研究得到了科技部、国家自然科学基金委、教育部和中组部“创新人才计划”的支持。 

 

图一 实验装置示意图

 

 

图二　非线性电子散射概念图　(王国燕、周荣庭设计) 

 

（量子信息与量子科技前沿协同创新中心）

 

相关联接： 

 

文章：http://www.nature.com/nphys/journal/v10/n10/abs/nphys3051.html　

 

封面标题：http://www.nature.com/nphys/journal/v10/n10/covers/index.html　

 

科学网站报道：http://phys.org/news/2014-08-boost-electron-energy-loss-spectroscopy.html 

http://www.asianscientist.com/in-the-lab/nanosilver-electron-microscopy-boost-2014 

 

概念性实验的动画示意：http://v.youku.com/v_show/id_XNzk1MTU4MDIw.html