Novo método holográfico captura objetos além do alcance da luz

• Os pesquisadores usam elétrons de propagação livre para ver como a luz se comporta além das limitações do comprimento de onda.
• Eles foram capazes de desenvolver um novo método holográfico que captura objetos em nanoescala.
• Ele pode abrir novas portas para a computação quântica.

O conceito de holograma foi descoberto pela primeira vez em 1948, mas os cientistas não foram capazes de criar hologramas até a invenção de uma fonte de luz apropriada, o laser, em 1960. Desde então, a holografia se expandiu rapidamente, tanto nos campos de exibição quanto nas imagens científicas .

A holografia óptica agora se tornou um método popular para imagens 3D de materiais macroscópicos e aplicações de segurança. No entanto, a resolução espacial deste método é limitada pelo comprimento de onda da luz (1 micrômetro). Portanto, ele não pode ser usado para imagens de objetos menores (em nanoescala).

Recentemente, pesquisadores do Instituto Federal de Tecnologia da Suíça desenvolveram uma técnica que os ajuda a observar como a luz se comporta além das limitações do comprimento de onda (em escala nanométrica). Eles usaram uma estranha mídia fotográfica - propagação livre de elétrons.

Elétrons interagem com a luz

A direção da luz e dos elétrons livres é um parâmetro crucial porque, ao contrário da fotografia convencional, é sensível à fase da luz. Depois de interagir com a luz, os elétrons existem em estados de superposição com diferentes energias.

Referência:Avanços na Ciência | DOI:10.1126 / sciadv.aav8358 | EPFL

Se esses elétrons interagirem com outro pulso de laser, seus estados mudam rapidamente com base no menor atraso entre os dois, exibindo uma distribuição de energia muito diferente. Os pesquisadores constroem um mapa de distribuições de energia para descobrir com precisão a posição da luz em um determinado momento.

Os elétrons que se propagam livremente interagem com a luz e mudam seu estado | Cortesia de pesquisadores

Na verdade, eles usaram esse princípio físico para criar um filme em tempo real de ondas de luz se propagando nas nanoestruturas no melhor tempo de resolução espacial.

Um caminho para a computação quântica

A fim de isolar a referência do elétron e os feixes de imagem do elétron na energia, os pesquisadores utilizaram a natureza quântica da interação elétron-luz. Isso os habilitou a criptografar dados sobre a função de onda do elétron, usando pulsos de luz. É possível mapear dados com microscopia eletrônica de transmissão ultrarrápida.



No geral, esta nova técnica tem 2 vantagens principais -

1. Criação de imagens de campos eletromagnéticos com precisão de nanômetros e attossegundos no espaço e no tempo.
2. Ele pode ser aplicado a aplicativos de computação quântica para ajustar as características quânticas dos elétrons livres.

A abordagem fornece a mais alta resolução espacial do que qualquer outra técnica existente. Até agora, a tecnologia foi limitada a instrumentos ópticos microscópicos que usam fótons de propagação livre.

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Esta é a primeira etapa para integrar e miniaturizar equipamentos leves em circuitos integrados. O estudo também abre a possibilidade de entender melhor como a luz se comporta em nanopartículas e átomos de computadores fotônicos.