Nanotechnology Now - Pressemelding: Bridging Light And Electrons

Publisert av Platon

Følgere: 0

Hjemprodukt > Press > Bryter lys og elektroner

Skjematisk av eksperimentet. Ikke-lineære spatiotemporale lysmønstre i en fotonisk brikkebasert mikroresonator modulerer spekteret til en stråle av frie elektroner i et transmisjonselektronmikroskop. KREDITT Yang et al. DOI: 10.1126/science.adk2489

Schematic of the experiment. Nonlinear spatiotemporal light patterns in a photonic chip-based microresonator modulate the spectrum of a beam of free electrons in a transmission electron microscope.

KREDITT
Yang et al. DOI: 10.1126/science.adk2489

Abstrakt:
Når lys går gjennom et materiale, oppfører det seg ofte på uforutsigbare måter. Dette fenomenet er gjenstand for et helt studiefelt kalt "ikke-lineær optikk", som nå er integrert i teknologiske og vitenskapelige fremskritt fra laserutvikling og optisk frekvensmetrologi, til gravitasjonsbølgeastronomi og kvanteinformasjonsvitenskap.

Bryter lys og elektroner

Lausanne, Sveits | Lagt ut 12. januar 2024

I tillegg har de siste årene sett ikke-lineær optikk brukt i optisk signalbehandling, telekommunikasjon, sensing, spektroskopi, lysdeteksjon og rekkevidde. Alle disse applikasjonene involverer miniatyrisering av enheter som manipulerer lys på ikke-lineære måter på en liten brikke, noe som muliggjør komplekse lysinteraksjoner på brikkeskala.

Nå har et team av forskere ved EPFL og Max Plank Institute brakt ikke-lineære optiske fenomener inn i et transmisjonselektronmikroskop (TEM), en type mikroskop som bruker elektroner til avbildning i stedet for lys. Studien ble ledet av professor Tobias J. Kippenberg ved EPFL og professor Claus Ropers, direktør ved Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences. Den er nå publisert i Science.

I hjertet av studien er "Kerr solitons", bølger av lys som holder formen og energien sin mens de beveger seg gjennom et materiale, som en perfekt utformet surfebølge som reiser over havet. Denne studien brukte en spesiell type Kerr-solitoner kalt "dissipative", som er stabile, lokaliserte lyspulser som varer titalls femtosekunder (en kvadrilliondel av et sekund) og dannes spontant i mikroresonatoren. Dissipative Kerr-solitoner kan også samhandle med elektroner, noe som gjorde dem avgjørende for denne studien.

Forskerne dannet dissipative Kerr-solitoner inne i en fotonisk mikroresonator, en liten brikke som fanger og sirkulerer lys inne i et reflekterende hulrom, og skaper de perfekte forholdene for disse bølgene. "Vi genererte forskjellige ikke-lineære spatiotemporale lysmønstre i mikroresonatoren drevet av en kontinuerlig bølgelaser," forklarer EPFL-forsker Yujia Yang, som ledet studien. "Disse lysmønstrene samhandlet med en stråle av elektroner som passerte den fotoniske brikken, og etterlot fingeravtrykk i elektronspekteret."

Spesifikt demonstrerte tilnærmingen koblingen mellom frie elektroner og dissipative Kerr-solitoner, noe som tillot forskerne å undersøke soliton-dynamikk i mikroresonatorhulen og utføre ultrarask modulering av elektronstråler.

"Vår evne til å generere dissipative Kerr-solitoner [DKS] i en TEM utvider bruken av mikroresonator-base frekvenskammer til uutforskede territorier," sier Kippenberg. "Elektron-DKS-interaksjonen kan muliggjøre ultrarask elektronmikroskopi med høy repetisjonshastighet og partikkelakseleratorer aktivert av en liten fotonisk brikke."

Ropers legger til: "Resultatene våre viser at elektronmikroskopi kan være en kraftig teknikk for å undersøke ikke-lineær optisk dynamikk på nanoskala. Denne teknikken er ikke-invasiv og i stand til å få direkte tilgang til intrakavitetsfeltet, nøkkelen til å forstå ikke-lineær optisk fysikk og utvikle ikke-lineære fotoniske enheter."

De fotoniske brikkene ble produsert i Center of MicroNanoTechnology (CMi) og Institute of Physics renrom ved EPFL. Eksperimentene ble utført ved Göttingen Ultrafast Transmission Electron Microscopy (UTEM) Lab.

Andre bidragsytere

EPFL Center for Quantum Science and Engineering

####

For mer informasjon, klikk her.

Kontakter:
Mediekontakt

Nik Papageorgiou
Sveitsisk føderalt institutt for teknologi Lausanne
Kontor: 41-216-932-105
Ekspertkontakt

Tobias J. Kippenberg
EPFL
Kontor: +41 21 693 44 28
@EPFL_no
Mer om denne nyhetsmeldingen

Hvis du har en kommentar, vær så snill Kontakt oss.

Utstedere av nyhetsutgivelser, ikke 7th Wave, Inc. eller Nanotechnology Now, er alene ansvarlig for nøyaktigheten av innholdet.

Bokmerke: