单层石墨烯实现氦/氢原子千伏级能量衍射：突破物质波透射实验的相干性极限

来自奥地利的研究人员通过实验突破性地实现了氦(He)和氢(H)原子在千伏(keV)能量级下穿透单层石墨烯的衍射现象。该研究解决了原子级物质波在透射实验中难以保持量子相干性的难题，证实即使存在1.6 keV法向动能和电子耦合作用，原子仍能保持波动特性，为研究特定内态物质波的透射衍射开辟了新途径。

　　

这项突破性研究首次展示了高能原子穿透二维材料的量子衍射现象。当氦和氢原子以高达1.6千电子伏特(keV)的动能垂直轰击单层石墨烯时，令人惊讶地观察到了清晰的衍射图样——这意味着这些原子在穿透过程中保持了量子相干性，尽管它们与石墨烯电子系统发生了相互作用。

研究团队发现，飞秒(fs)量级的超短相互作用时间限制了原子与晶格间的动量转移，这是维持相干性的关键机制。不同于传统的电子衍射技术，这种原子衍射方法具有独特优势：既能研究物质波在特定内态下的衍射行为，又能在透射模式下进行观测，为表面科学和量子物理研究开辟了新维度。

该成果突破了现有原子衍射技术只能进行反射测量的局限，为探索新型二维材料的原子尺度结构提供了全新工具。通过精确控制入射原子的内态，未来可开展更复杂的量子干涉实验，甚至可能推动原子光学器件的发展。