教育新闻网电子显微镜具有小于百万分之一毫米的最大可能空间分辨率，因此有可能在原子水平上研究材料的特性，从而证明量子力学的领域。通过电子和光子之间的相互作用，可以很好地研究量子物理的基本原理。例如，在激光激发下，电子的能量，质量或速度发生变化。
基尔大学实验与应用物理研究所的Nahid Talebi教授发明了一种新的工具箱，将电子-光相互作用的理论描述扩展到尽可能高的精确水平。她将麦克斯韦(Maxwell)和薛定er(Schrödinger)方程组合在一个与时间有关的循环中，以完全模拟第一性原理的相互作用。Talebi的仿真使它首次在理论上精确地描述了超快速过程，并在不使用绝热近似的情况下实时绘制了它们的地图。最近，她在著名的《物理评论快报》上发表了她的研究结果。。从长远来看，由于Talebi正在研究由欧洲研究理事会资助的她的ERC起始资助项目“ NanoBeam”，因此它们可以帮助改善显微镜方法。
超快电子显微镜结合了电子显微镜和激光技术。具有超快的电子脉冲，可以用飞秒的时间分辨率研究样品的动力学。这也可以得出有关样品性质的结论。由于光谱技术的进一步发展，现在不仅可以研究样品的原子和电子结构，而且可以研究其光子激发，例如等离激元极化子。
模拟第一次将交互过程实时地描述为电影
然而，这种电子-光相互作用的模拟是费时的，并且只能用高性能计算机来进行。“因此，通常使用绝热近似和一维电子模型，这意味着忽略了电子反冲和幅度调制，”实验和应用物理研究所(IEAP)的纳米光学教授，模拟专家Nahid Talebi解释说。 。她的新模拟第一次将电子-光相互作用实时地显示为胶片，并以尽可能高的精确度描述了复杂的相互作用。
在工具箱中，她将Maxwell和Schroedinger方程组合到一个与时间相关的循环中，以完全模拟第一性原理的相互作用。因此奠定了绝热近似之外电子与光相互作用的新领域。由于这种结合，Talebi能够模拟当电子接近先前由激光激发的金的纳米结构时发生的情况。她的模拟显示了在相互作用的每个时刻，电子的能量，动量以及总体上电子波包的形状是如何变化的(图1)。以这种方式，捕获了由单光子和双光子过程引起的相互作用的全部动力学。单光子过程非常重要，例如对于模拟电子能量损失和增益通道，
特别是在她的模拟中，塔莱比观察到了明显的衍射图样，该衍射图样是基于Kapitza-Dirac效应(图2)来自电子和光子之间的强相互作用。这种衍射图样在时间分辨全息中具有广阔的应用前景，可以揭示固态和分子系统的载流子动力学。
通过ERC项目“ NanoBeam”进一步改善光谱学方法
“我们的工具箱可用于对理论发展中的许多近似进行基准测试，包括精确近似，忽略反冲力和忽略双光子过程。” 塔利比认为。“尽管我们已经朝绝热近似以外的方向迈出了一大步，但仍有进一步发展的空间。” 她计划与她的团队一起包括一个三维Maxwell-Dirac模拟域，以对相对论和自旋相互作用建模。她还希望更好地了解电子相互作用中交换和相关的作用。
Talebi的另一个目标是利用她的理论模型得出的见解，为使用电子束对样品激发进行相干控制和整形提出新颖的方法。通过“ NanoBeam”项目，她打算开发一种新颖的光谱干涉技术，该技术具有在扫描电子显微镜中检索和控制光谱相位的能力，以克服在满足纳米空间和亚秒级时间分辨率方面的挑战。该项目由欧洲研究理事会的ERC资助约150万欧元。
