Risultati dei calcoli elettronici della traiettoria. Una lente dell'obiettivo elettronico con un'aberrazione sferica di 1 nanometro è stata corretta utilizzando una lente elettronica in campo luminoso con l'aberrazione sferica negativa. Il raggio del raggio al fuoco (z =0) è stato ridotto da 1 nm alla scala atomica di 0,3 nm. Credito:Yuuki Uesugi et al.
La microscopia elettronica consente ai ricercatori di visualizzare piccoli oggetti come virus, le strutture fini dei dispositivi a semiconduttore e persino gli atomi disposti su una superficie materiale. Concentrare il fascio di elettroni alle dimensioni di un atomo è fondamentale per ottenere una risoluzione spaziale così elevata. Tuttavia, quando il raggio di elettroni passa attraverso una lente elettrostatica o magnetica, i raggi di elettroni mostrano posizioni focali diverse a seconda dell'angolo di messa a fuoco e il raggio si diffonde al fuoco. La correzione di questa "aberrazione sferica" è costosa e complessa, il che significa che solo pochi scienziati e aziende selezionati possiedono microscopi elettronici con risoluzione atomica.
I ricercatori della Tohoku University hanno proposto un nuovo metodo per formare una lente elettronica che utilizza un campo luminoso invece dei campi elettrostatici e magnetici impiegati nelle lenti elettroniche convenzionali. Una forza ponderomotrice fa sì che gli elettroni che viaggiano nel campo luminoso vengano respinti da regioni ad alta intensità ottica. Utilizzando questo fenomeno, ci si aspetta che un raggio di luce a forma di ciambella posizionato coassialmente con un raggio di elettroni produca un effetto di lente sul raggio di elettroni.
Le ricerche hanno valutato teoricamente le caratteristiche della lente elettronica del campo luminoso formata utilizzando un tipico raggio di luce a forma di ciambella, noto come raggio di Bessel o Laguerre-Gaussian. Da lì, hanno ottenuto una semplice formula per la lunghezza focale e i coefficienti di aberrazione sferica che ha permesso loro di determinare rapidamente i parametri guida necessari per la progettazione effettiva della lente elettronica.
Le formule hanno dimostrato che la lente elettronica del campo luminoso genera un'aberrazione sferica "negativa" che si oppone all'aberrazione delle lenti elettroniche elettrostatiche e magnetiche. La combinazione della lente elettronica convenzionale con un'aberrazione sferica "positiva" e una lente elettronica in campo luminoso che compensava l'aberrazione ha ridotto le dimensioni dei fasci di elettroni su scala atomica. Ciò significa che la lente elettronica del campo luminoso potrebbe essere utilizzata come correttore di aberrazione sferica.
"La lente dell'elettrone del campo luminoso ha caratteristiche uniche che non si vedono nelle lenti elettrostatiche e magnetiche convenzionali", afferma Yuuki Uesugi, assistente professore presso l'Istituto di ricerca multidisciplinare per i materiali avanzati dell'Università di Tohoku e autore principale dello studio. "La realizzazione di un correttore di aberrazione basato sulla luce ridurrà significativamente i costi di installazione dei microscopi elettronici con risoluzione atomica, portando al loro uso diffuso in diversi campi scientifici e industriali", aggiunge Uesugi.
Il loro studio è pubblicato su Journal of Optics . Guardando al futuro, Uesugi e colleghi stanno esplorando modi per l'applicazione pratica dei microscopi elettronici di prossima generazione utilizzando la lente elettronica a campo luminoso. + Esplora ulteriormente
