Hviskende gallerieffekt styrer elektronstråler med lys

Når du taler blidt i et af gallerierne i St.Pauls katedral, lyden løber så let rundt om kuplen, at besøgende overalt på dens omkreds kan høre den. Dette slående fænomen er blevet kaldt 'whispering gallery' -effekten, og varianter af den vises i mange scenarier, hvor en bølge kan rejse næsten perfekt omkring en struktur. Forskere fra universitetet i Göttingen har nu udnyttet effekten til at styre strålen i et elektronmikroskop med lys. Resultaterne blev offentliggjort i Natur .

I deres eksperimenter, teamet af Dr. Ofer Kfir og professor Claus Ropers belyste små kugler af glas med en laser, fange lys i en såkaldt 'optisk hviske-galleri-tilstand'. Ligesom det akustiske eksempel, lysbølgen bevæger sig rundt i disse sfærer næsten uden dæmpning. I deres elektronmikroskop, forskerne passerede derefter en elektronstråle nær kanten af ​​kuglen. Ved at måle fordelingen af ​​elektronhastigheder, de opdagede, at elektronerne og lysfeltet havde udvekslet store mængder energi.

Ifølge første forfatter Kfir, styrken af ​​interaktionen stammer fra to bidrag:"For det første den hviskende gallerieffekt giver os mulighed for at lagre lys og bruge tiden til at opbygge en stærkere bølge. Sekund, elektronerne kører med samme hastighed som lysbølgen på glaskuglen. "Han forklarer:" Tænk på en surfer, der matcher bølgens hastighed for bedst muligt at bruge dens energi. "I undersøgelsen, fysikerne observerede, at individuelle elektroner havde opsamlet eller givet væk energien fra hundredvis af fotoner, de elementære partikler i lysfeltet.

Udover den grundlæggende interesse for dette fænomen, forskerne mener, at deres fund har betydelig fremtidig relevans. "Vi undersøger måder, hvorpå lys kan tilføje funktionalitet til elektronmikroskopi, "siger Ropers fra Det Fysiske Fakultet, lederen af ​​teamet og direktør ved Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. "Vi kan nu bruge lys til at styre elektronstrålen i rum og tid. Forøgelse af koblingen af ​​frie elektroner og fotoner kan i sidste ende føre til helt nye kvanteteknologier til nanoskala -sansning og mikroskopi. Vi er overbeviste om, at det nuværende arbejde er et vigtigt skridt i denne retning. "