Ny teknik muliggør formning af elektronstråler

En ny teknik, der kombinerer elektronmikroskopi og laserteknologi, muliggør programmerbar, vilkårlig formgivning af elektronstråler. Det kan potentielt bruges til at optimere elektronoptik og til adaptiv elektronmikroskopi, maksimere følsomheden og samtidig minimere stråleinduceret skade. Denne grundlæggende og forstyrrende teknologi er nu blevet demonstreret af forskere ved universitetet i Wien og universitetet i Siegen. Resultaterne er offentliggjort i Physical Review X .

Når lys passerer gennem turbulent eller tæt materiale, f.eks. Jordens atmosfære eller et millimetertykt væv, oplever standard billeddannelsesteknologier betydelige begrænsninger i billedkvaliteten. Forskere placerer derfor deformerbare spejle i teleskopets eller mikroskopets optiske vej, som ophæver de uønskede virkninger. Denne såkaldte adaptive optik har ført til mange gennembrud inden for astronomi og dybe vævsbilleddannelse.

Dette niveau af kontrol er dog endnu ikke opnået inden for elektronoptik, selvom mange anvendelser inden for materialevidenskab og strukturel biologi kræver det. I elektronoptik bruger forskere elektronstråler i stedet for lys til at afbilde strukturer med atomopløsning. Normalt bruges statiske elektromagnetiske felter til at styre og fokusere elektronstrålerne.

I det nye studie har forskere fra Universitetet i Wien (ved Det Fysiske Fakultet og Max Perutz Labs) og Universitetet i Siegen nu vist, at det er muligt at afbøje elektronstråler næsten vilkårligt ved hjælp af højintensive, formede lysfelter, som frastøder elektroner. Kapitza og Dirac forudsagde først denne effekt i 1933, og de første eksperimentelle demonstrationer (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) blev mulige med fremkomsten af ​​højintensitets pulserende lasere.

Det Wien-baserede eksperiment gør nu brug af vores evne til at forme lys. En laserimpuls er formet af en rumlig lysmodulator og interagerer med en modudbredende, synkroniseret pulseret elektronstråle i et modificeret scanningselektronmikroskop. Dette muliggør indtrykning af tværgående faseskift til elektronbølgen efter behov, hvilket muliggør hidtil uset kontrol over elektronstråler.

Potentialet ved denne innovative teknologi demonstreres ved at skabe konvekse og konkave elektronlinser og ved at generere komplekse elektronintensitetsfordelinger. Som påpeget af studiets hovedforfatter, Marius Constantin Chirita Mihaila:"Vi skriver med laserstrålen i den tværgående fase af elektronbølgen. Vores eksperimenter baner vejen for bølgefrontformning i pulserende elektronmikroskoper med tusindvis af programmerbare pixels . I fremtiden kan dele af dit elektronmikroskop være lavet af lys."

I modsætning til andre konkurrerende elektronformende teknologier er skemaet programmerbart og undgår tab, uelastisk spredning og ustabilitet på grund af nedbrydning af materialediffraktionselementer. Thomas Juffmann, leder af gruppen ved universitetet i Wien, tilføjer:"Vores formningsteknik muliggør aberrationskorrektion og adaptiv billeddannelse i pulserende elektronmikroskoper. Den kan bruges til at justere dit mikroskop til de prøver, du studerer, for at maksimere følsomheden." + Udforsk yderligere

En ny metode til at danne en linse til elektronmikroskoper med atomopløsning