Nieuwe holografische methode legt objecten vast buiten het bereik van licht

• Onderzoekers gebruiken vrij voortplantende elektronen om te zien hoe licht zich gedraagt ​​buiten de beperkingen van de golflengte.
• Ze waren in staat om een ​​nieuwe holografische methode te ontwikkelen die objecten op nanoschaal vastlegt.
• Het kan nieuwe deuren openen voor kwantumberekening.

Het concept van het hologram werd voor het eerst ontdekt in 1948, maar wetenschappers waren niet in staat om hologrammen te maken tot de uitvinding van een geschikte lichtbron, de laser, in 1960. Sindsdien breidde holografie zich snel uit, zowel op het gebied van weergave als wetenschappelijke beelden .

Optische holografie is nu een populaire methode geworden voor 3D-beeldvorming van macroscopische materialen en beveiligingstoepassingen. De ruimtelijke resolutie van deze methode wordt echter beperkt door de lichtgolflengte (1 micrometer). Het kan dus niet worden gebruikt voor het in beeld brengen van kleinere (nanoschaal) objecten.

Onlangs kwamen onderzoekers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie met een techniek die hen helpt te observeren hoe licht zich gedraagt ​​buiten de beperkingen van de golflengte (op nanometrische schaal). Ze gebruikten een vreemd fotografisch medium – vrijelijk voortplantende elektronen.

Elektronen werken samen met licht

De richting van het licht en vrije elektronen is een cruciale parameter omdat deze, in tegenstelling tot conventionele fotografie, gevoelig is voor de fase van het licht. Na interactie met licht, bestaan ​​de elektronen in superpositietoestanden met verschillende energieën.

Referentie:wetenschappelijke vooruitgang | DOI:10.1126/sciadv.aav8358 | EPFL

Als deze elektronen interageren met een andere laserpuls, veranderen hun toestanden snel op basis van de kleinste vertraging tussen de twee, met een zeer verschillende energieverdeling. Onderzoekers bouwen een kaart van energieverdelingen om de positie van het licht op een bepaald moment nauwkeurig te bepalen.

Vrij voortplantende elektronen interageren met licht en veranderen hun toestand | Met dank aan onderzoekers 

In feite gebruikten ze dit fysieke principe om een ​​realtime film te maken van lichtgolven die zich voortplanten in de nanostructuren op het beste moment van ruimteresolutie.

Een manier voor kwantumberekening

Om de elektronenreferentie- en elektronenbeeldbundels in energie te isoleren, gebruikten onderzoekers de kwantumaard van de elektron-lichtinteractie. Dit stelde hen in staat om gegevens over de elektronengolffunctie te versleutelen met behulp van lichtpulsen. Het is mogelijk om gegevens in kaart te brengen met ultrasnelle transmissie-elektronenmicroscopie.

Over het algemeen heeft deze nieuwe techniek 2 grote voordelen –

1. Het afbeelden van elektromagnetische velden met nanometer- en attosecondeprecisie in ruimte en tijd.
2. Het kan worden toegepast op kwantumcomputertoepassingen om de kwantumkenmerken van vrije elektronen af ​​te stemmen.

De aanpak biedt de hoogste ruimtelijke resolutie dan elke andere bestaande techniek. Tot nu toe was de technologie beperkt tot microscopische optische instrumenten die vrij voortplantende fotonen gebruiken.

Lezen:Het is nu mogelijk om zichtbaar licht chemisch om te zetten in infraroodlicht

Dit is de eerste stap om lichte apparatuur te integreren en te miniaturiseren in geïntegreerde schakelingen. De studie opent ook de mogelijkheid om beter te begrijpen hoe licht zich gedraagt ​​in nanodeeltjes en atomen van fotonische computers.