在纳米长度和飞秒时间尺度上观察电子的运动，对于当代超快速发展的科学技术是一个基本的目标，也是一个公开的挑战。目前，光学技术和电子显微镜大多能够提供超高的时间分辨率或超高的空间分辨率，但能够同时具备空间分辨率和时间分辨率的显微镜还有待科学技术的进一步发展。在这篇文章中，作者通过将表面等离子激元纳米聚焦在尖锐的金锥上，创造出超快电子源，并在超快点投影电子显微镜中观察这种电子源。在光学泵-电子探针实验中，这种超快电子源可被用于研究纳米尺寸的等离子天线上的超快光电发射。作者从20nm空间分辨率和25fs时间分辨率的尺度上，探测了光电发射的电子的真实空间运动，并通过金属中的残余空穴揭示了电子探针的偏转角度。这是向能够观察纳米结构中电子运动的时间分辨显微镜迈出的重要一步。

在超快点投影电子显微镜中，研究人员通过在尖锐的金锥上纳米聚焦飞秒表面等离子激元（SPP）来产生超短电子脉冲（见图1a）。波长为1.8μm，持续时间为15fs（几个周期）的脉冲激光聚焦在锥形轴上后，距离锥顶80μm位置处作为局部电子发射器，通过晶粒边界发射表面等离子激元。在此波长下，表面等离子激元损耗很低，因此表面等离子激元可以进行长距离传播，并且可以在单晶的金锥顶点纳米聚焦为15nm大小的焦点（图1b）。这种纳米聚焦非常有效，可以产生幅度高达10V/nm的高局部表面等离子激元场，并且场强高的足以在五阶光电发射过程中从小于10nm的顶点区域大约每脉冲释放一个电子。这种发射的高非线性特点有效地限制了向非常尖端区域的光电发射，并有效地产生了具有低于10fs脉冲宽度的独立的纳米尺寸电子源。

图1 超快点投影电子显微镜（UPEM）

图2 单个等离子纳米天线间隙的光电发射动力学

图3 差别UPEM透射图像和电子轨迹模拟

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