Holografia Revolucionária Usa Elétrons para Visualizar Objetos Nanoescala Além dos Limites da Luz

O conceito de holograma foi descoberto pela primeira vez em 1948, mas cientistas não conseguiam criar hologramas até a invenção de uma fonte de luz apropriada, o laser, em 1960. Desde então, a holografia expandiu-se rapidamente, tanto em campos de exibição quanto de imagem científica.

A holografia óptica tornou-se agora um método popular para imagem 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). Assim, não pode ser usada para imagens de objetos menores (nanoescala).

Recentemente, pesquisadores do Instituto Federal Suíço de Tecnologia desenvolveram uma técnica que os ajuda a observar como a luz se comporta além das limitações do comprimento de onda (em escala nanométrica). Usaram um meio fotográfico estranho — elétrons de propagação livre.

Elétrons Interagem com a Luz

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

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

De fato, usaram este princípio físico para criar um filme em tempo real de onda de luz se propagando em nanoestruturas na mais fina resolução de tempo e espaço.

Um Caminho para Computação Quântica

Para isolar os feixes de elétrons de referência e imagem em energia, os pesquisadores utilizaram a natureza quântica da interação elétron-luz. Isso permitiu criptografar dados na 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 grandes vantagens:

1. Imagem de campos eletromagnéticos com precisão de nanômetro e attossegundo no espaço e tempo.
2. Pode ser aplicada a aplicações de computação quântica para ajustar características quânticas de elétrons livres.

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

Este é o primeiro passo para integrar e miniaturizar equipamentos de luz em circuitos integrados. O estudo também abre a possibilidade de entender melhor como a luz se comporta em computadores fotônicos, nanopartículas e átomos.