«Оптические отпечатки пальцев» на электронном луче

15 января, 2024

(Новости Наноуэрк) Точный контроль электронных лучей в так называемых просвечивающих электронных микроскопах (ПЭМ) позволяет анализировать материалы или молекулы на атомном уровне. В сочетании с короткими световыми импульсами эти устройства также можно использовать для анализа динамических процессов. Исследователи из Геттингена и Швейцарии впервые показали, как электроны могут различать сложные состояния света в микроскопическом хранилище света в ПЭМ. Как мы можем использовать свет для хранения информации? Или использовать его для передачи данных с молниеносной скоростью? Этими и многими другими вопросами занимается исследование фотоники. Современная интегрированная фотоника позволяет, например, направлять или манипулировать светом в каналах микрочипа. Также могут использоваться так называемые нелинейные оптические процессы, при которых создаются новые цвета или чрезвычайно короткие световые импульсы для очень высокой интенсивности света. Эти технологии уже используются в телекоммуникациях, для оптических измерений расстояний и скорости, а также в квантовых вычислениях. В последнее время все чаще появляются новые интерфейсы между фотоникой и другими областями исследований, такими как электронная микроскопия. Например, оптические микрочипы недавно получили возможность влиять на электронные лучи. В свою очередь, электроны можно использовать для измерения световых полей. Когда электрон проходит через интенсивное световое поле, он ускоряется или замедляется в зависимости от времени прибытия и силы поля. Затем ученые смогут сделать прямые выводы о свойствах света на основе изменения скорости электрона. Иллюстрация взаимодействия электронного луча (зеленого цвета) и солитонного светового импульса, циркулирующего в кольцевом резонаторе (цветного на белом фоне). Изменения электронного луча дают информацию о свойствах светового импульса. (Изображение: Райан Аллен, Second Bay Studios)

Анализируются различные состояния света

В новом исследовании, опубликованном в журнале Наука («Взаимодействие свободных электронов с нелинейно-оптическими состояниями в микрорезонаторах»), группа под руководством Клауса Роперса из Института междисциплинарных наук Макса Планка (MPI) в Геттингене и Тобиаса Киппенберга из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL) теперь исследовала различные нелинейные оптические процессы с использованием электронного луча. Для этого они поместили в ТЭМ кольцеобразное устройство хранения света, так называемый микрорезонатор, и генерировали в нем свет с разными формами волн. Основываясь на характерном взаимодействии с электронным лучом, они смогли детально проанализировать различные состояния света. «Если мы расположим электронный луч таким образом, чтобы электроны пролетали мимо резонаторов, мы сможем измерить точное влияние светового поля на энергию электронов», — объясняет Ян-Вилке Хенке из MPI. Его коллега Жасмин Капперт добавляет: «Каждая из возможных форм света оставляет характерный отпечаток в электронном спектре, который позволяет нам проследить формирование различных состояний». Два аспиранта проводили эксперименты в Лаборатории сверхбыстрой просвечивающей электронной микроскопии MPI в Геттингене. Необходимые фотонные чипы были разработаны командой в Лозанне.

Световые импульсы длительностью менее одной десятой триллионной секунды.

Однако исследователям удалось не только охарактеризовать световые поля на основе их воздействия на электроны: «В наших экспериментах мы также генерировали так называемые солитоны — стабильные сверхкороткие световые импульсы длительностью менее одной десятой триллионной секунды», — объясняет физик Юцзя Ян из EPFL. «Возможность генерации солитонов в ПЭМ расширяет возможности использования нелинейной оптики и микрорезонаторов в неизведанных областях», — говорит Тобиас Киппенберг. «Взаимодействие между электронами и солитонами может, среди прочего, обеспечить сверхбыструю электронную микроскопию с беспрецедентно высокой частотой повторения». Директор Max Planck Клаус Роперс добавляет: «Наши результаты показывают, что электронная микроскопия идеально подходит для исследования нелинейной оптической динамики на наномасштабе. Мы также предполагаем, что в будущем у этой технологии будет гораздо больше применений, как для пространственного, так и для временного манипулирования электронными лучами».

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news3/newsid=64415.php