随着显微技术的不断发展，如今各个领域都与显微镜产生了密切的关联，如材料、教育、医疗、生物制药、农业、环境保护、国防科技、化学、物理学、生物学等领域中，显微镜都发挥着巨大的作用。
而随着科技的不断进步以及科研需求的急剧提升，不少研究中对显微镜也提出了更高的要求：要有更高的分辨率、更高的信噪比等等。近年来，超快扫描隧道显微镜原始概念和核心技术开始出现革新，不少研究人员加入了激烈的竞争中，北京大学物理学院量子材料科学中心江颖课题组也于2012年开始超快扫描隧道显微镜的研究。
2020年，北京大学物理学院量子材料科学中心江颖教授与中国科学院物理研究所孟胜研究员、翁羽翔研究员以及中国科学院王恩哥院士等合作，成功研制出了超快扫描隧道显微镜。研究成果已于2020年5月19日发表在物理领域期刊《物理评论快报》上。
据了解，扫描隧道显微镜由于其隧穿电流具有高度的局域性，空间分辨率可以达到原子量级。然而受电流放大器带宽的局限扫描隧道显微镜的时间分辨一般只能达到微秒量级，而很多微观动力学过程往往发生在皮秒和飞秒量级。而研究人员通过特殊设计的光学扫描探头和激光调制技术，尽可能抑制了激光热效应和温度漂移的影响，并增强了激光诱导的隧道电流信号，大大提高了信噪比。这套全新的超快扫描隧道显微镜系统，可在超高真空液氦温度环境中工作，高时间分辨率可达百飞秒，长时间延迟可达微秒量级。
利用这台设备，研究人员对单个极化子的非平衡动力学过程进行了深入研究。通过测量时间分辨的单个极化子动力学，研究人员发现捕捉到金属氧化物表面单个极化子的非平衡动力学行为。该研究揭示了原子尺度环境对极化子非平衡动力学过程的重要影响，为光催化反应中的高活性位点提供了新的微观图像，同时也为纳米光催化材料的缺陷工程提供了全新的思路。
资料来源：北京大学
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