Nuevo estudio: nueva luz para la formación de haces de electrones

Una nueva técnica que combina la microscopía electrónica con la tecnología láser permite dar forma aleatoria y programable a los haces de electrones. Se puede utilizar para mejorar la óptica electrónica y para la microscopía electrónica adaptativa, aumentando la sensibilidad y reduciendo el daño del haz. Esta tecnología fundamental y disruptiva ahora ha sido demostrada por investigadores de la Universidad de Viena y la Universidad de Siegen. Los resultados han sido publicados en PRX.

Cuando la luz pasa a través de un material turbulento o denso, como la atmósfera de la Tierra o una tela de un milímetro de espesor, las técnicas de imagen estándar enfrentan limitaciones significativas en la calidad de la imagen. Entonces, los científicos colocan espejos deformables en el camino óptico de un telescopio o microscopio, eliminando los efectos no deseados. La llamada óptica adaptativa condujo a muchos avances en la astronomía y la obtención de imágenes de tejidos profundos.

Sin embargo, este nivel de control aún no se logra en optoelectrónica, aunque muchas aplicaciones en ciencia de materiales y biología estructural lo requieren. En óptica electrónica, los científicos utilizan haces de electrones en lugar de luz para obtener imágenes de estructuras con resolución atómica. Por lo general, los campos electromagnéticos estacionarios se utilizan para dirigir y enfocar haces de electrones.

En un nuevo estudio publicado en PRX, investigadores de la Universidad de Viena (en la Facultad de Física y los Laboratorios Max Perutz) y la Universidad de Siegen ahora han demostrado que es posible cambiar haces de electrones casi arbitrariamente usando alta intensidad, en el forma de campos de luz que repelen los electrones. Este efecto fue predicho por primera vez por Kapizza y Dirac en 1933, y las primeras demostraciones experimentales (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) se hicieron posibles con la llegada del láser pulsado de alta intensidad.

El experimento con sede en Viena ahora está aprovechando nuestra capacidad para dar forma a la luz. El pulso láser es modulado por un modulador espacio-óptico e interactúa con un haz de electrones sincronizado y contrateñido en un microscopio electrónico de barrido modificado. Esto permite la impresión bajo demanda de transiciones de fase transversales a la onda de electrones, lo que permite un control sin precedentes de los haces de electrones.

El potencial de esta innovadora tecnología queda demostrado por la creación de lentes electrónicas convexas y cóncavas y por la generación de distribuciones de densidad de electrones complejas. Como señaló el autor principal del estudio, Marius Konstantin Chirita Mihila: «Escribimos con un rayo láser en la fase transversal de una onda de electrones. Nuestros experimentos allanan el camino para la formación de frentes de onda en microscopios electrónicos pulsados ​​con miles de píxeles programables. En el futuro , partes de su microscopio electrónico pueden estar hechas de luz».

A diferencia de otras técnicas de formación de electrones de la competencia, el esquema es programable y evita pérdidas, dispersión inelástica e inestabilidad debido a la degradación de los elementos de difracción del material. Thomas Goffmann, líder de grupo de la Universidad de Viena, agrega: «Nuestra técnica de modulación permite la corrección de aberraciones y la creación de imágenes adaptativas en microscopios electrónicos pulsados. Se puede usar para ajustar su microscopio en las muestras que estudia para aumentar la sensibilidad».

publicación original:

Marius Konstantin Chirita Mihila, Philip Weber, Matthias Schneller, Lucas Granditz, Stefan Nimrichter y Thomas Goffmann: Modulación transversal del haz de electrones con luz. En: Revisión Física X. 2022.

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DOI: 10.1103/PhysRevX.12.031043

Fotos:

papá. 1: Experimentos recientes en la Universidad de Viena han demostrado que la luz (roja) puede usarse para formar arbitrariamente haces de electrones (amarilla), abriendo nuevas posibilidades en microscopía electrónica y metrología. © stefaneder.at, Universidad de Viena

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