6163银河线路检测中心凝聚态物理与材料物理研究所俞大鹏院士、刘开辉教授、洪浩特聘副研究员，上海交通大学戴庆教授与合作者在超快电子源领域取得重要进展。研究团队创新性地将石墨烯集成于单模光纤端面，利用石墨烯超快热电子发射机理，成功研发出高稳定飞秒脉冲超快电子源。2025年7月，该项研究成果以“高稳定光纤集成石墨烯超快电子源”（Stable ultrafast graphene hot-electron source on optical fiber）为题，发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

超快电子显微系统同时具备超快时间分辨和超高空间分辨能力，是直接观测微观超快过程的利器。超快电子源作为其核心部件，直接决定了设备的探测性能。传统超快电子源利用透镜聚焦深紫外/高功率脉冲光至光电阴极，产生脉冲电子束。然而，深紫外/高功率脉冲光容易损伤阴极材料，透镜机械聚焦部件容易受环境振动等干扰，导致超快电子源噪声大（>±3%），连续工作时间短（通常4-6小时），严重限制了超快电子探测技术的实际应用。如何开发低噪声、长寿命的稳定超快电子源，是超快电子显微领域的重大挑战。

研究团队创新提出了光纤集成石墨烯超快电子源，通过将石墨烯集成在光纤端面，利用石墨烯“冷晶格、热电子”稳定电子发射特性和光纤单模激光稳定激发结构，研发出了高稳定超快电子源。该电子源可实现超短电子脉冲（~80 fs脉宽）、卓越稳定性（波动≤±0.5%）、超长寿命（工作500小时束流减小10%）以及高环境适应性（可在100 Pa近常压下工作），核心参数相较传统超快电子源提高1-2个量级。同时，光纤型电子源易于集成，已成功应用于商用电子显微镜。这种基于光纤集成石墨烯架构的超快电子源为时空分辨真空电子仪器的稳定性提供突破性解决方案，有望推动下一代高精度、近常压、原位时空分辨探测技术变革性进展。

图1光纤集成石墨烯高稳定超快电子源及电镜集成

6163银河线路检测中心凝聚态物理与材料物理研究所姚光杰博士后、洪浩特聘副研究员、2022级博士研究生林凯风，华南师范大学周旭副研究员为论文共同第一作者；刘开辉、俞大鹏、戴庆与洪浩为论文共同通讯作者。

研究工作得到了国家重大科研仪器研制项目、国家重点研发计划、腾讯基金会科学探索奖等相关项目及6163银河线路检测中心人工微结构和介观物理全国重点实验室、深圳国际量子研究院与6163银河线路检测中心轻元素量子材料交叉平台等的大力支持。

论文原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-60915-x