Новый голографический метод захвата объекта за пределами досягаемости света

• Исследователи используют свободно распространяющиеся электроны, чтобы увидеть, как свет ведет себя без ограничений по длине волны.
• Им удалось разработать новый голографический метод, позволяющий снимать объекты нанометрового размера.
• Он может открыть новые двери для квантовых вычислений.

Концепция голограммы была впервые открыта в 1948 году, но ученые не могли создавать голограммы до изобретения подходящего источника света, лазера, в 1960 году. С тех пор голография быстро расширилась, как в области отображения, так и в области научных изображений. .

Оптическая голография в настоящее время стала популярным методом трехмерной визуализации макроскопических материалов и приложений безопасности. Однако пространственное разрешение этого метода ограничено длиной волны света (1 микрометр). Таким образом, его нельзя использовать для отображения более мелких (наноразмерных) объектов.

Недавно исследователи из Швейцарского федерального технологического института разработали метод, который помогает им наблюдать, как свет ведет себя за пределами ограничений длины волны (в нанометровом масштабе). Они использовали странный фотографический носитель - свободно распространяющиеся электроны.

Электроны взаимодействуют со светом

Направление света и свободных электронов является важным параметром, потому что, в отличие от обычной фотографии, оно чувствительно к фазе света. После взаимодействия со светом электроны находятся в суперпозиционных состояниях с разными энергиями.

Ссылка:Достижения науки | DOI:10.1126 / sciadv.aav8358 | EPFL

Если эти электроны взаимодействуют с другим лазерным импульсом, их состояния быстро меняются в зависимости от наименьшей задержки между ними, демонстрируя очень разное распределение энергии. Исследователи составляют карту распределения энергии, чтобы точно определить положение света в данный момент.

Свободно распространяющиеся электроны взаимодействуют со светом и меняют свое состояние | Предоставлено исследователями

Фактически, они использовали этот физический принцип для создания в реальном времени фильма световой волны, распространяющейся в наноструктурах, с наилучшим временным разрешением в пространстве.

Способ квантовых вычислений

Чтобы разделить по энергии эталонный и электронный лучи, исследователи использовали квантовую природу взаимодействия электронов и света. Это позволило им зашифровать данные о волновой функции электрона с помощью световых импульсов. Картировать данные можно с помощью сверхбыстрой просвечивающей электронной микроскопии.

В целом, этот новый метод имеет два основных преимущества:

1. Отображение электромагнитных полей с точностью до нанометра и аттосекунды в пространстве и времени.
2. Его можно применять в приложениях квантовых вычислений для настройки квантовых характеристик свободных электронов.

Этот подход обеспечивает наивысшее пространственное разрешение, чем любой другой существующий метод. До сих пор технология ограничивалась микроскопическими оптическими приборами, использующими свободно распространяющиеся фотоны.

Читайте:теперь возможно химически преобразовать видимый свет в инфракрасный

Это первый шаг к интеграции и миниатюризации светового оборудования на интегральных схемах. Исследование также открывает возможность лучше понять, как ведет себя свет в наночастицах и атомах фотонных компьютеров.