Теперь команде физиков из Университета Констанца и Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене удалось объединить просвечивающий электронный микроскоп с лазером непрерывного действия для создания прототипа аттосекундного электронного микроскопа (A-TEM). Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Science Advances.
Модуляция электронного луча
«Основные явления в оптике, нанофотонике или метаматериалах происходят за аттосекундные промежутки времени, короче светового цикла», – объясняет профессор Питер Баум, ведущий автор исследования и руководитель исследовательской группы «Свет и материя» на факультете физики Констанцкого университета. "Чтобы иметь возможность визуализировать сверхбыстрые взаимодействия между светом и веществом, требуется временное разрешение ниже периода колебаний света.«Обычные просвечивающие электронные микроскопы используют непрерывный электронный луч для освещения образца и создания изображения.
Чтобы достичь аттосекундного временного разрешения, команда под руководством Баума использует быстрые колебания непрерывного лазера для модуляции электронного луча внутри микроскопа во времени.
Ультракороткие электронные импульсы
Ключом к их экспериментальному подходу является тонкая мембрана, которую исследователи используют для нарушения симметрии оптических циклов лазерной волны.
Это заставляет электроны ускоряться и замедляться в быстрой последовательности. «В результате электронный луч внутри электронного микроскопа преобразуется в серию ультракоротких электронных импульсов, которые короче половины оптического цикла лазерного излучения», – говорит первый автор Андрей Рябов, доктор наук, занимающийся исследованием. Другая лазерная волна, отделенная от первой, используется для возбуждения оптического явления в интересующем образце. Затем ультракороткие электронные импульсы исследуют образец и его реакцию на лазерный свет. Сканируя оптическую задержку между двумя лазерными волнами, исследователи затем могут получить запись электромагнитной динамики внутри образца с аттосекундным разрешением.
Простые модификации, большая отдача
«Основное преимущество нашего метода заключается в том, что мы можем использовать имеющийся непрерывный электронный пучок внутри электронного микроскопа, вместо того, чтобы изменять источник электронов. Это означает, что у нас в миллион раз больше электронов в секунду, в основном полная яркость источника, что имеет ключевое значение для любых практических приложений, – продолжает Рябов.
Еще одним преимуществом является то, что необходимые технические модификации достаточно просты и не требуют доработки электронной пушки.
В результате теперь возможно достичь аттосекундного разрешения во всем диапазоне методов пространственно-временной визуализации, таких как голография с временным разрешением, электронная микроскопия формы волны или лазерная электронная спектроскопия, среди других.
В долгосрочной перспективе аттосекундная электронная микроскопия может помочь раскрыть атомистическое происхождение взаимодействий света и вещества в сложных материалах и биологических веществах.
Факты:
Прорыв в сверхбыстрой визуализации: физики из Университета Констанца и Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Германия, достигли аттосекундного временного разрешения в просвечивающем электронном микроскопе, объединив его с лазером непрерывного действия.
Исследовательская группа под руководством профессора Питера Баума (Университет Констанца) модифицирует просвечивающий электронный микроскоп для создания изображений взаимодействия света и вещества с временным разрешением на аттосекундных скоростях (10-18 секунд).
Потенциальный импульс для ряда методов визуализации и дальнейшего изучения атомистического происхождения взаимодействий света и материи.