Undersøgelse af elektroner med et traditionelt scanningsmikroskop

Fysikere ved Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) har designet en ramme, der gør det muligt for forskere at observere interaktioner mellem lys og elektroner ved hjælp af et traditionelt scanningselektronmikroskop. Fremgangsmåden er betydeligt billigere end den teknologi, der er blevet brugt til dato, og muliggør også en bredere vifte af eksperimenter. Forskerne har offentliggjort deres resultater i tidsskriftet Physical Review Letters .

Kvantecomputeren er blot et eksempel på, hvor vigtig en forståelse af de grundlæggende processer, der ligger til grund for interaktioner mellem fotoner og elektroner, er. Kombineret med ultrakorte laserimpulser er det muligt at måle, hvordan fotoner ændrer elektronernes energi og hastighed. Denne foton-inducerede elektronmikroskopi (PINEM) har indtil nu udelukkende været baseret på transmissionselektronmikroskoper (TEM). Selvom disse har opløsningen til at udpege individuelle atomer, er de dog betydeligt dyrere end scanningelektronmikroskoper (SEM), og deres prøvekammer er ekstremt lille, kun et par kubikmillimeter i størrelse.

Måler forskelle ned til kun et par hundrede tusindedele af en helhed

Det er nu lykkedes for forskere ved professor Dr. Peter Hommelhoffs leder af Laserfysik at modificere en traditionel SEM til at udføre PINEM-eksperimenter. De designede et specielt spektrometer baseret på magnetiske kræfter, som er integreret direkte i mikroskopet. Det underliggende princip er, at magnetfeltet afleder elektroner i større eller mindre grad afhængig af deres hastighed. Ved hjælp af en detektor, der omdanner elektronkollisioner til lys, gives en nøjagtig aflæsning af denne afvigelse. Metoden giver forskere mulighed for at måle selv de mindste ændringer i energi, op til forskelle på blot flere hundrede tusindedele af den oprindelige værdi – nok til at differentiere bidraget fra en enkelt lysenergikvanta – en foton.

Et bredere spektrum af eksperimenter muligt i fremtiden

Erlangen-fysikernes opdagelse er banebrydende på mere end én måde. Fra et økonomisk synspunkt kunne det at kunne forske i foton-elektron-interaktioner uden at bruge TEM, som koster flere millioner euro, gøre forskning mere tilgængelig. Da kammeret i en SEM generelt har et volumen på op til 20 kubikcentimeter, er et meget bredere udvalg af eksperimenter nu muligt, da yderligere optiske og elektroniske komponenter såsom linser, prismer og spejle kan placeres direkte ved siden af ​​prøverne . Forskerne forventer, at om få år vil hele feltet af mikroskopiske kvanteeksperimenter skifte fra TEM til SEM. + Udforsk yderligere

Integreret fotonik møder elektronmikroskopi