超快电子衍射技术能够直接探测毫埃和飞秒时间尺度的原子结构和电子动力学，因为被广泛应用于物理，化学和生物等领域。物质结构子系统不同自由度之间显著的关联作用，如声子，电子，轨道和自旋等，决定了体系宏观的基本物性。解析这些最基本的关联作用需要飞秒到阿秒的时间分辨能力，因而更高的时间分辨一直是超快电子衍射技术的研究热点。

提升超快电子衍射技术时间分辨主要是通过射频场或者THz场对电子脉冲进行主动压缩，从而产生更短的电子脉冲。受到电子间库伦相互作用和电子-压缩场同步抖动的影响，基于压缩技术的超快电子衍射系统的时间分辨能力目前被限制在100飞秒量级。

孙真荣教授课题组提出了一套亚10飞秒时间分辨超快电子衍射的解决方案。该工作首先量化了电子脉冲压缩中库伦相互作用的动力学演化（如图1所示），并提出了动力学三步演化模型。首次揭示了库伦相互作用的动力学抑制效应和库伦相互作用的非能量依赖特性，提出微观的库伦相互作用动力学抑制效应是影响阿秒电子脉冲压缩的主要因素，为电子脉冲的进一步压缩指明了方向。同时，创新性的提出了一种与压缩机制匹配的非侵入性抖动校正方法（如图2所示），实验证据表明该方法具有亚飞秒的校正精度，可广泛应用于基于射频和THz压缩的超快电子衍射系统。

 该工作不仅提出了一套亚10飞秒时间分辨的解决方案，更重要的是清晰的揭示了电子脉冲压缩中一系列基本特征，为后续的实验研究，如超快低能电子衍射，奠定了基础。该工作发表于New Journal of Physics 22,  093004 (2020)。

图1.电子脉冲压缩过程中库伦相互作用的动力学演化 。(a), (b), (c) 库伦相互作用的动力学抑制效应。(d)压缩过程中库伦相互作用的动力学三步演化模型。(e), (f)库伦相互作用的非能量依赖特性。

图2.亚飞秒精度的抖动校正方法。(a), (b)压缩场相位和电子束能量的线性依赖关系。(c), (d), (e)利用透射中心束的静态衍射实现电子束能量和压缩场相位的校正。