I ricercatori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) e dell’Istituto Max Planck per la scienza della luce hanno recentemente deciso di colmare questa lacuna nella letteratura, esplorando le interazioni tra luce e materia con una sorgente luminosa non classica. Il loro articolo, pubblicato su Nature Physics , dimostra che le statistiche dei fotoni della sorgente di luce guida sono impresse sulle statistiche del numero di elettroni degli elettroni emessi dalle punte degli aghi metallici, un'osservazione che potrebbe avere implicazioni interessanti per il futuro sviluppo di dispositivi ottici.

"Il campo della fisica dei campi forti è ora altamente sviluppato, come risulta evidente dal premio Nobel per la fisica del 2023", ha detto a Phys.org Jonas Heimerl, coautore dell'articolo e ricercatore presso la FAU. "Questa fisica non si limita agli atomi ma avviene anche su superfici metalliche come le punte di aghi metallici. Similmente sviluppato e ancora più diversificato è il campo dell'ottica quantistica. Un aspetto di questo campo è la generazione di luce con statistiche di luce non classiche, come come luminoso vuoto spremuto."

L'obiettivo primario delle ultime ricerche di Heimerl e dei suoi collaboratori è stato quello di comprendere come la luce quantistica proveniente da sorgenti luminose non classiche interagisce con la materia. In particolare, le interazioni tra la luce quantistica e la materia sono state finora esplorate solo utilizzando sorgenti luminose classiche.

"La nostra vicina di casa, la professoressa Maria Chekhova, è un'esperta leader a livello mondiale nel campo della generazione di vuoto brillante, una particolare forma di luce non classica", ha detto a Phys Peter Hommelhoff, coautore dell'articolo e ricercatore presso la FAU. .org. "Abbiamo quindi collaborato con lei e con il nostro partner di lunga data Ido Kaminer del Technion in Israele per studiare l'emissione di elettroni guidata da luce non classica."

Heimerl, Hommelhoff e il loro gruppo di ricerca alla FAU hanno condotto i loro esperimenti in stretta collaborazione con Chekhova, una ricercatrice con una vasta esperienza in ottica quantistica. Chekhova è particolarmente nota per il suo lavoro sulla generazione del vuoto compresso brillante, una tecnica che prevede l'uso di processi ottici non lineari per generare il vuoto compresso brillante, una forma di luce non classica.

"Nel nostro esperimento, abbiamo utilizzato questa sorgente luminosa non classica per innescare un processo di fotoemissione da una punta di ago metallico che misura solo poche decine di nanometri", ha spiegato Heimerl. "Consideralo come il noto effetto fotoelettrico studiato da Einstein, ma ora con una sorgente luminosa che mostra intensità estreme e fluttuazioni estreme all'interno di ciascun impulso laser."

Per ogni impulso laser generato, i ricercatori hanno contato il numero di elettroni, sia per le sorgenti luminose classiche che per quelle non classiche. È interessante notare che hanno scoperto che il numero di elettroni può essere direttamente influenzato dalla luce di guida.

"I nostri risultati potrebbero essere di enorme interesse, soprattutto per le applicazioni di imaging con gli elettroni, ad esempio quando si tratta di imaging di molecole biologiche", ha affermato Heimerl.

È noto che le molecole biologiche sono altamente soggette a danni e ridurre la dose di elettroni utilizzati per visualizzare queste molecole potrebbe ridurre il rischio di tali danni. L'articolo di Heimerl et al. suggerisce che è possibile modulare il numero di elettroni per soddisfare le esigenze di applicazioni specifiche.

"Prima di poter affrontare questo problema, tuttavia, dobbiamo dimostrare che possiamo anche imprimere un'altra distribuzione di fotoni sugli elettroni, vale a dire una con rumore ridotto, che potrebbe essere difficile da ottenere", ha detto Hommelhoff.

I risultati di questo recente lavoro potrebbero presto aprire nuove opportunità per la ricerca incentrata sull’ottica quantistica a campo forte. Allo stesso tempo, potrebbero servire come base per nuovi dispositivi, inclusi sensori e ottiche a campo forte che sfruttano l'interazione tra luce quantistica ed elettroni.

"Pensiamo che questo sia solo l'inizio della ricerca sperimentale in questo campo", ha aggiunto Heimerl. "C'è già molto lavoro teorico in corso, alcuni dei quali sono guidati dal nostro coautore Ido Kaminer. Un'osservabile che non abbiamo ancora studiato ma che contiene molte informazioni è l'energia dell'elettrone, che potrebbe gettare ancora più luce sull'universo." interazione luce-materia."