Sveitsin ja Saksan tutkijat ovat käyttäneet vapaiden elektronien ja epälineaaristen optisten tilojen välistä vuorovaikutusta räätälöidäkseen elektronisuihkua, jota voitaisiin käyttää uudentyyppisiin mikroskopiaan. Ryhmää johti Yujia Yang EPFL:ssä.
Elektronimikroskoopit käyttävät kohdistettuja vapaiden elektronien säteitä ottamaan kuvia paljon korkeammalla tilaresoluutiolla kuin optiset instrumentit. Ultralyhyitä pulsseja tuottavien lasereiden avulla tutkijat voivat tutkia ilmiöitä, jotka tapahtuvat hyvin lyhyessä ajassa. Vuosikymmenten ajan molemmat tekniikat ovat olleet erittäin hyödyllisiä tutkijoille. Viime aikoina tutkijat ovat yhdistäneet nämä kaksi tekniikkaa luodakseen entistä tehokkaampia kokeellisia menetelmiä, jotka manipuloivat elektronisuihkuja erittäin lyhyellä aikavälillä.
Epälineaariset mahdollisuudet
Silti on yksi erityisen tärkeä alue, joka on toistaiseksi jäänyt koskematta näistä viimeisimmistä edistysaskeleista, kuten Yang selittää.
”Epälineaariset optiset ilmiöt ovat äärimmäisen tärkeitä sekä tieteessä että tekniikassa, ja ne ovat ennustaneet lukuisia läpimurtoja. Epälineaaristen optisten vaikutusten käyttöä vapaiden elektronien säteiden ohjaamiseen on kuitenkin harvoin tutkittu kokeellisesti; eikä vapaiden elektronien käyttöä epälineaarisen dynamiikan tutkimiseen ole tutkittu kokeellisesti."
Epälineaariset efektit syntyvät, kun valo muuttaa materiaalin optisia ominaisuuksia, mikä puolestaan vaikuttaa siihen, miten valo on vuorovaikutuksessa materiaalin kanssa. Tämä tapahtuu yleensä korkealla valon intensiteetillä – ja materiaaleissa, kuten fotonikiteissä, jotka voidaan muokata siten, että niillä on tiettyjä epälineaarisia ominaisuuksia.
Epälineaarisen fotoniikan yhdistämiseksi elektronimikroskopiaan Yangin työryhmä käytti fotonista mikroresonaattoria, jolla tiedetään olevan erilaisia epälineaarisia optisia tehosteita. Erityisesti mikroresonaattorin taitekerroin muuttuu valon intensiteetin muuttuessa.
Taajuuskampa
Epälineaarisia tehosteita voidaan käyttää optisten taajuuskampojen luomiseen. Nämä ovat lyhyiden valopulssien sarjoja, joiden optiset spektrit sisältävät piikkejä tasaisin välein - kamman hampaita muistuttavia.
"Tällaisia kammat on tutkittu intensiivisesti paitsi perustavanlaatuisen spatiotemporaalisen kuvion muodostusdynamiikan suhteen, vaan myös teknologisesti yhä useammissa sovelluksissa", Yang sanoo. "Nyt yhdistämme tällaiset epälineaariset optiset tilat mikroresonaattoreissa elektronisuihkun kanssa elektronimikroskoopissa."
Heidän kokeessaan mikroresonaattori integroitiin sirulle ja sitä ohjattiin jatkuvan aallon laserilla. Laite loi taajuuskampapulsseja, joita kutsutaan dissipatiivisiksi Kerr-solitoneiksi. Elektronimikroskooppisäde lähetettiin mikroresonaattorin osan läpi, jossa se oli vuorovaikutuksessa valon kanssa. Tämä aiheutti kampapulssien erilliset ominaisuudet, jotka painuivat elektronisäteeseen – ominaisuuksia, joita ryhmä pystyi havaitsemaan.
Kerr solitons
Yang kuvailee heidän menestystään: "pystyimme luomaan hajottavia Kerr-solitoneita on-siteja tunnistaa spektrisesti elektronit, jotka ovat olleet vuorovaikutuksessa femtosekundin solitonipulssin kanssa. Lisäksi tutkimme suoraan solitonin ominaisuudet elektronispektreistä ja haemme solitonin muodostumisen tunnusmerkit."
Molekyylimittauspuikko voisi edistää superresoluutiomikroskooppia
Yang uskoo, että ryhmän tutkimusta rakennetaan. "Työmme avaa mahdollisuuden tutkia ultranopeaa ohimenevää epälineaarista optista dynamiikkaa nanometrin ja femtosekuntien spatiotemporaalisella resoluutiolla ja päästä suoraan sisään onkalokenttään", hän selittää. "Tämä voisi auttaa tutkimaan ja kehittämään keskeisiä prosesseja ja komponentteja epälineaarisessa integroidussa fotoniikassa."
Heidän lähestymistapansa voisi myös antaa tutkijoille mahdollisuuden luoda sirulla olevia laitteita, jotka tuottavat täysin uusia optisia aaltomuotoja – mikä tarjoaisi uusia mahdollisuuksia elektronien kehittyneeseen ohjaukseen.
Lisäksi hyödyntämällä vapaiden elektronien ja Kerr-solitonien välisiä vuorovaikutuksia alle 100 fs:n aikaskaalalla, vaikutus voisi työntää elektronimikroskopiaa lyhyemmälle aikaskaalalle ilman suuria muutoksia olemassa oleviin mikroskooppirakenteisiin.
Tutkimusta kuvataan tiede.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://physicsworld.com/a/nonlinear-optical-states-are-imprinted-on-an-electron-beam/
