Visione artistica dei singoli elettroni che interagiscono con una modalità di galleria ottica sussurrante mentre circonda una sfera di silice. La corrispondenza tra le velocità dell'elettrone e l'onda luminosa che sta cavalcando cambia lo stato quantico dell'elettrone, illustrato come un alone più ampio. Credito:dottor Murat Sivis
Quando parli a bassa voce in una delle gallerie della cattedrale di St Paul, il suono scorre così facilmente intorno alla cupola che i visitatori in qualsiasi punto della sua circonferenza possono sentirlo. Questo fenomeno sorprendente è stato definito l'effetto "galleria sussurrante", e le sue varianti appaiono in molti scenari in cui un'onda può viaggiare quasi perfettamente attorno a una struttura. I ricercatori dell'Università di Göttingen hanno ora sfruttato l'effetto per controllare il raggio di un microscopio elettronico con la luce. I risultati sono stati pubblicati in Natura .
Nei loro esperimenti, il team del Dr. Ofer Kfir e del Professor Claus Ropers ha illuminato piccole sfere di vetro con un laser, intrappolare la luce in una cosiddetta "modalità ottica sussurro-galleria". Simile all'esempio dell'acustica, l'onda luminosa viaggia in queste sfere quasi senza smorzamento. Nel loro microscopio elettronico, i ricercatori hanno poi fatto passare un fascio di elettroni vicino al bordo della sfera. Misurando la distribuzione delle velocità degli elettroni, scoprirono che gli elettroni e il campo luminoso avevano scambiato grandi quantità di energia.
Secondo il primo autore Kfir, la forza dell'interazione nasce da due contributi:"In primo luogo, l'effetto galleria sussurrante ci consente di immagazzinare la luce e utilizzare il tempo per creare un'onda più forte. Secondo, gli elettroni corrono alla stessa velocità dell'onda luminosa sulla sfera di vetro." Spiega:"Pensa a un surfista che corrisponda alla velocità dell'onda per utilizzare al meglio la sua energia." Nello studio, i fisici osservarono che i singoli elettroni avevano raccolto o ceduto l'energia di centinaia di fotoni, le particelle elementari del campo luminoso.
Oltre al fondamentale interesse per questo fenomeno, i ricercatori ritengono che i loro risultati abbiano una notevole rilevanza futura. "Indaghiamo i modi in cui la luce può aggiungere funzionalità alla microscopia elettronica, " dice Ropers della Facoltà di Fisica, il leader del team e direttore del Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. "Ora possiamo usare la luce per guidare il fascio di elettroni nello spazio e nel tempo. Il miglioramento dell'accoppiamento di elettroni liberi e fotoni potrebbe portare a tecnologie quantistiche completamente nuove per il rilevamento e la microscopia su nanoscala. Siamo fiduciosi che il presente lavoro sia un passo importante in questa direzione."
