Recenti esperimenti presso l'Università di Vienna mostrano che la luce (rossa) può essere utilizzata per modellare arbitrariamente fasci di elettroni (giallo), aprendo nuove possibilità nella microscopia elettronica e nella metrologia. Credito:stefaneder.at, Università di Vienna
Una nuova tecnica che combina la microscopia elettronica e la tecnologia laser consente la sagomatura programmabile e arbitraria dei fasci di elettroni. Può essere potenzialmente utilizzato per ottimizzare l'ottica elettronica e per la microscopia elettronica adattiva, massimizzando la sensibilità e riducendo al minimo i danni indotti dal raggio. Questa tecnologia fondamentale e dirompente è stata ora dimostrata dai ricercatori dell'Università di Vienna e dell'Università di Siegen. I risultati sono pubblicati in Physical Review X .
Quando la luce passa attraverso materiale turbolento o denso, ad esempio l'atmosfera terrestre o un tessuto spesso un millimetro, le tecnologie di imaging standard presentano limitazioni significative nella qualità dell'immagine. Gli scienziati posizionano quindi specchi deformabili nel percorso ottico del telescopio o del microscopio, che annullano gli effetti indesiderati. Questa cosiddetta ottica adattiva ha portato a molte scoperte nell'astronomia e nell'imaging dei tessuti profondi.
Tuttavia, questo livello di controllo non è stato ancora raggiunto nell'ottica elettronica, anche se molte applicazioni nella scienza dei materiali e nella biologia strutturale lo richiedono. Nell'ottica elettronica, gli scienziati usano fasci di elettroni invece della luce per visualizzare strutture con risoluzione atomica. Di solito, i campi elettromagnetici statici vengono utilizzati per orientare e focalizzare i fasci di elettroni.
Nel nuovo studio, i ricercatori dell'Università di Vienna (presso la Facoltà di Fisica e i Max Perutz Labs) e l'Università di Siegen hanno ora dimostrato che è possibile deviare fasci di elettroni quasi arbitrariamente utilizzando campi di luce sagomati ad alta intensità, che respingono gli elettroni. Kapitza e Dirac hanno previsto per la prima volta questo effetto nel 1933 e le prime dimostrazioni sperimentali (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) sono diventate possibili con l'avvento dei laser pulsati ad alta intensità.
L'esperimento con sede a Vienna ora sfrutta la nostra capacità di modellare la luce. Un impulso laser è modellato da un modulatore di luce spaziale e interagisce con un fascio di elettroni pulsati sincronizzati in contropropagazione in un microscopio elettronico a scansione modificato. Ciò consente di imprimere su richiesta sfasamenti trasversali all'onda di elettroni, consentendo un controllo senza precedenti sui fasci di elettroni.
Il potenziale di questa tecnologia innovativa è dimostrato creando lenti elettroniche convesse e concave e generando complesse distribuzioni di intensità elettronica. Come sottolineato dall'autore principale dello studio, Marius Constantin Chirita Mihaila:"Stiamo scrivendo con il raggio laser nella fase trasversale dell'onda elettronica. I nostri esperimenti aprono la strada alla modellatura del fronte d'onda nei microscopi elettronici pulsati con migliaia di pixel programmabili . In futuro, parti del tuo microscopio elettronico potrebbero essere fatte di luce."
A differenza di altre tecnologie concorrenti di modellazione degli elettroni, lo schema è programmabile ed evita perdite, dispersione anelastica e instabilità dovute al degrado degli elementi di diffrazione del materiale. Thomas Juffmann, capo del gruppo presso l'Università di Vienna, aggiunge:"La nostra tecnica di modellatura consente la correzione dell'aberrazione e l'imaging adattivo nei microscopi elettronici pulsati. Può essere utilizzata per adattare il microscopio ai campioni studiati per massimizzare la sensibilità". + Esplora ulteriormente
