最近，来自瑞士和德国的科学家使用集成光子学实现了高效的电子束调制，这些实验研究可能会导致电子显微镜中出现全新的量子测量方案。

透射型电子显微镜(TEM)能在原子尺度拍摄分子的结构，但它是通过使用电子而不是光的方法，该技术的发明已经彻底改变了材料科学和结构生物学。

在过去的十年里，人们对将电子显微镜与光学激发相结合的潜力产生了浓厚的兴趣，例如，科学家正试图利用光来控制和操纵电子束。但他们面临的一个主要挑战是传播电子与光子间存在相当弱的相互作用。

在一项新研究中，研究人员使用集成光子微谐振器成功的实现了极其高效的电子束调制。该研究由洛桑联邦理工学院(EPFL)的Tobias J. Kippenberg教授、马克斯普朗克生物物理化学研究所和哥廷根大学的Claus Ropers教授领导，该研究发表在近期的《Nature》杂志上。

这两个实验室进行了一种非常规的合作，他们将电子显微镜和集成光子学这两个通常不相关的领域结合了起来。光子集成电路可以在超低损耗的芯片上引导光，并使用微环谐振器来增强光场。

在Ropers小组进行的实验中，电子束被通过光子电路引导到光学近场，以允许电子与增强光发生相互作用。然后，研究人员通过测量吸收或发射数十到数百个光子能量的电子的能量来探测这种相互作用。光子芯片是由Kippenberg的团队设计的，其特殊的构建方式使得微环谐振器中的光速与电子的速度完全匹配。

该技术能够对电子束进行强大的调制，而连续波激光的功率只有几毫瓦。该方法极大地简化了电子束的光学控制并提高了效率，可以在常规透射电子显微镜中无缝的实现，这使该方案具有更广泛的适用性。
 
Kippenberg说：“基于低损耗氮化硅的集成光子电路取得了巨大的进步，并正在集中推动许多新兴技术和基础科学的进步，如激光雷达、电信和量子计算，现在它被证明是操纵电子束的新方法。”

Ropers补充道：“将电子显微镜与光子学连接起来有可能将原子级尺度成像与相干光谱独特地联系起来。对于未来，我们预计这将对微观的光学激发产生前所未有的理解和控制。”

该团队研究人员计划在新形式的量子光学和自由电子阿秒计量学的方向上进一步扩展他们的合作。该氮化硅样品是在EPFL的微纳米技术中心(CMi))开发的，而实验是在哥廷根大学的超快透射电子显微镜(UTM)实验室进行的。（编译:Qtech）