'טביעות אצבע אופטיות' על קרן אלקטרונים

יאן 15, 2024

(חדשות Nanowerk) השליטה המדויקת של קרני אלקטרונים במה שמכונה מיקרוסקופי אלקטרונים תמסורת (TEM) מאפשרת לנתח חומרים או מולקולות ברמה האטומית. בשילוב עם פעימות אור קצרות, ניתן להשתמש במכשירים אלו גם לניתוח תהליכים דינמיים. חוקרים מגטינגן ושוויץ הראו כעת לראשונה כיצד אלקטרונים יכולים להבחין במצבי אור מורכבים באחסון אור מיקרוסקופי ב-TEM. כיצד נוכל להשתמש באור כדי לאחסן מידע? או להשתמש בו כדי להעביר נתונים במהירות הבזק? תחום המחקר של הפוטוניקה עוסק בשאלות אלו ועוד רבות אחרות. פוטוניקה מודרנית משולבת מאפשרת, למשל, להנחות או לתפעל אור בתעלות על שבב. ניתן להשתמש גם בתהליכים אופטיים כביכול לא ליניאריים, שבהם נוצרים צבעים חדשים או פעימות אור קצרות במיוחד עבור עוצמות אור גבוהות מאוד. טכנולוגיות אלו כבר נמצאות בשימוש בתקשורת, למדידת מרחק ומהירות אופטיים ובמחשוב קוונטי. לאחרונה צצו יותר ויותר ממשקים חדשים בין פוטוניקה לתחומי מחקר אחרים, כמו מיקרוסקופ אלקטרונים. לדוגמה, שבבים אופטיים הצליחו לאחרונה להשפיע על קרני אלקטרונים. בתורו, ניתן להשתמש באלקטרונים למדידת שדות אור. כאשר אלקטרון עובר דרך שדה אור עז, הוא מואץ או מואט בהתאם לזמן ההגעה שלו ולחוזק השדה. מדענים יכולים אז להסיק מסקנות ישירות לגבי תכונות האור מהמהירות המשתנה של האלקטרון. איור של האינטראקציה בין קרן האלקטרונים (ירוק) לבין דופק אור סוליטון המסתובב במהוד הטבעת (צבעוני על רקע לבן). השינויים בקרן האלקטרונים מספקים מידע על תכונות דופק האור. (תמונה: ריאן אלן, אולפני Second Bay)

נותחו מצבי אור שונים

במחקר חדש שפורסם בכתב העת מדע ("אינטראקציה של אלקטרונים חופשיים עם מצבים אופטיים לא ליניאריים במיקרו-מהודים"), צוות בראשות קלאוס רופרס ממכון מקס פלנק (MPI) למדעים רב-תחומיים בגטינגן וטוביאס קיפנברג מהמכון הטכנולוגי הפדרלי של שוויץ בלוזאן (EPFL) חקר כעת תהליכים אופטיים לא ליניאריים שונים באמצעות קרן אלקטרונים. לשם כך הם הציבו מכשיר אחסון אור בצורת טבעת, מה שנקרא microresonator, ב-TEM ויצרו אור עם צורות גל שונות בתוכו. בהתבסס על האינטראקציה האופיינית עם אלומת האלקטרונים, הם יכלו לנתח את מצבי האור השונים בפירוט. "אם נמקם את אלומת האלקטרונים בצורה כזו שהאלקטרונים יעופו על פני התהודה, נוכל למדוד את ההשפעה המדויקת של שדה האור על אנרגיית האלקטרונים", מסביר Jan-Wilke Henke מה-MPI. עמיתו יסמין קאפרט מוסיף: "כל צורות הגל האפשריות של האור משאיר טביעת אצבע אופיינית בספקטרום האלקטרונים, המאפשרת לנו להתחקות אחר היווצרות המצבים השונים". שני הדוקטורנטים ביצעו את הניסויים במעבדה למיקרוסקופיה של אלקטרונים שידור מהיר במיוחד ב-MPI בגטינגן. השבבים הפוטוניים הנדרשים פותחו על ידי הצוות בלוזאן.

פעימות אור שנמשכות פחות מעשירית טריליון השנייה

עם זאת, החוקרים לא רק הצליחו לאפיין שדות אור על סמך השפעתם על אלקטרונים: "בניסויים שלנו, יצרנו גם מה שנקרא סוליטון - פולסי אור יציבים וקצרים במיוחד שנמשכים פחות מעשירית טריליון השנייה", מסביר. הפיזיקאי יוג'יה יאנג מ-EPFL. האפשרות ליצור סוליטונים ב-TEM מרחיבה את השימוש באופטיקה לא ליניארית ובמיקרו-תהודה לאזורים לא נחקרים, אומר טוביאס קיפנברג. "האינטראקציה בין אלקטרונים לסוליטון יכולה, בין היתר, לאפשר מיקרוסקופ אלקטרונים מהיר במיוחד עם קצב חזרות גבוה חסר תקדים". מנהל מקס פלאנק, קלאוס רופרס, מוסיף: "התוצאות שלנו מראות שמיקרוסקופיה אלקטרונית מתאימה באופן אידיאלי לחקר דינמיקה אופטית לא ליניארית בקנה מידה ננו. אנו גם מניחים שיהיו יישומים רבים נוספים לטכנולוגיה זו בעתיד, הן למניפולציה המרחבית והן למניפולציה הזמנית של קרני אלקטרונים".

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64415.php