可见光显微镜使科学家能够看到微小的物体，例如活细胞。但是，他们无法分辨电子如何在固体原子之间分布。现在，罗斯托克大学极限光子学实验室的Eleftherios Goulielmakis教授和德国Garching的马克斯·普朗克量子光学研究所的研究人员以及中国科学院北京物理研究所的研究人员已经发展起来克服了这一局限性的一种新型光学显微镜，称为Picoscope。

研究人员使用了强大的激光闪烁以照射晶体材料薄膜。这些激光脉冲使晶体电子快速摆动。当电子从周围的电子反弹时，它们发出光谱中最紫外线部分的辐射。通过分析这种辐射的性质，研究人员组成了图片，这些图片说明了电子云如何以数十皮米(十亿分之一毫米)的分辨率分布在固体晶格中的原子之间。实验为新型的基于激光的显微镜铺平了道路，该显微镜可以使物理学家，化学家和材料科学家以前所未有的分辨率观察微观世界的细节，从而理解并最终控制材料的化学和电子特性。

数十年来，科学家一直使用激光闪光来了解缩影的内部运作。这样的激光闪光现在可以跟踪固体内部的超快速微观过程。尽管如此，它们仍无法在空间上解析电子，即无法看到电子如何占据晶体中原子之间的微小空间，或者它们如何形成将原子保持在一起的化学键。一百多年前，恩斯特·阿贝(Ernst Abbe)发现了原因。可见光只能辨别尺寸与其波长(大约几百纳米)相当的物体。但是要看到电子，显微镜必须将其放大倍数提高数千倍。

为了克服这一局限，古利尔马基斯(Goulielmakis)和同事采取了不同的方法。他们开发了一种能产生强大激光脉冲的显微镜。他们称他们的设备为光镜。该小组的研究员哈西特·拉克霍蒂亚(Harshit Lakhotia)表示：“强大的激光脉冲可以迫使晶体材料内部的电子成为其周围空间的摄影师。”

当激光脉冲穿透晶体内部时，它可以捕获电子并将其驱动为快速摆动运动。Lakhotia说：“随着电子的运动，它会感觉到周围的空间，就像汽车会感觉到崎road不平的路面不平一样。” 当激光驱动的电子越过其他电子或原子形成的凸起时，它减速并以比激光器高得多的频率发射辐射。“通过记录和分析这种辐射的性质，我们可以推断出这些微小凸起的形状，并且可以绘制出显示电子密度的图片。Extreme Photonics Labs的博士研究员Hee-Yong Kim说：“晶体中的晶体是高是低。”激光照相法结合了窥视X射线等大量材料以及探测价电子的能力。后者可以通过扫描隧道显微镜来实现，但只能在表面上进行。”

北京物理研究所的孟胜生和研究小组的理论固态物理学家说：“有了能够探测的价电子密度，我们也许很快就可以对计算固体的性能进行基准测试。状态物理工具。我们可以优化现代最先进的模型，以更精细的细节预测材料的性能。这是激光显微技术带来的令人兴奋的方面。”

现在，研究人员正在进一步开发该技术。他们计划在三个维度上探测电子，并进一步使用包括二维和拓扑材料在内的各种材料对方法进行基准测试。Goulielmakis说：“由于激光象素技术可以很容易地与时间分辨激光技术结合使用，因此有可能很快就可以记录材料中电子的真实电影。这是超快科学和物质微观领域一个长期的目标。”