Een nieuwe techniek die elektronenmicroscopie en lasertechnologie combineert, maakt programmeerbare, willekeurige vormgeving van elektronenbundels mogelijk. Het kan mogelijk worden gebruikt voor het optimaliseren van elektronenoptica en voor adaptieve elektronenmicroscopie, waarbij de gevoeligheid wordt gemaximaliseerd en de door de bundel veroorzaakte schade wordt geminimaliseerd. Deze fundamentele en ontwrichtende technologie is nu aangetoond door onderzoekers van de Universiteit van Wenen en de Universiteit van Siegen. De resultaten zijn gepubliceerd in Physical Review X .

Wanneer licht door turbulent of dicht materiaal gaat, bijvoorbeeld de atmosfeer van de aarde of een millimeter dik weefsel, ondervinden standaard beeldvormingstechnologieën aanzienlijke beperkingen in de beeldkwaliteit. Wetenschappers plaatsen daarom vervormbare spiegels in het optische pad van de telescoop of microscoop, die de ongewenste effecten opheffen. Deze zogenaamde adaptieve optica heeft geleid tot veel doorbraken in astronomie en beeldvorming van diep weefsel.

Dit niveau van controle is echter nog niet bereikt in de elektronenoptica, hoewel veel toepassingen in de materiaalwetenschap en structurele biologie dit vereisen. In elektronenoptica gebruiken wetenschappers elektronenbundels in plaats van licht om structuren met atomaire resolutie af te beelden. Gewoonlijk worden statische elektromagnetische velden gebruikt om de elektronenbundels te sturen en te focusseren.

In de nieuwe studie hebben onderzoekers van de Universiteit van Wenen (aan de Faculteit der Natuurkunde en de Max Perutz Labs) en de Universiteit van Siegen nu aangetoond dat het mogelijk is om elektronenstralen bijna willekeurig af te buigen met behulp van gevormde lichtvelden met hoge intensiteit, die elektronen afstoten. Kapitza en Dirac voorspelden dit effect voor het eerst in 1933, en de eerste experimentele demonstraties (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) werden mogelijk met de komst van gepulseerde lasers met hoge intensiteit.

Het in Wenen gevestigde experiment maakt nu gebruik van ons vermogen om licht te vormen. Een laserpuls wordt gevormd door een ruimtelijke lichtmodulator en interageert met een zich in tegengestelde richting voortplantende, gesynchroniseerde gepulste elektronenstraal in een gemodificeerde scanning elektronenmicroscoop. Dit maakt het mogelijk om on-demand transversale faseverschuivingen naar de elektronengolf te imprinten, waardoor een ongekende controle over elektronenbundels mogelijk wordt.

Het potentieel van deze innovatieve technologie wordt gedemonstreerd door het creëren van convexe en concave elektronenlenzen en door het genereren van complexe elektronenintensiteitsverdelingen. Zoals opgemerkt door de hoofdauteur van de studie, Marius Constantin Chirita Mihaila:"We schrijven met de laserstraal in de transversale fase van de elektronengolf. Onze experimenten effenen de weg voor golffrontvorming in gepulseerde elektronenmicroscopen met duizenden programmeerbare pixels In de toekomst kunnen delen van uw elektronenmicroscoop gemaakt worden van licht."

In tegenstelling tot andere concurrerende elektronenvormende technologieën, is het schema programmeerbaar en vermijdt het verliezen, inelastische verstrooiing en instabiliteiten als gevolg van de degradatie van materiaaldiffractie-elementen. Thomas Juffmann, hoofd van de groep aan de Universiteit van Wenen, voegt toe:"Onze vormgevingstechniek maakt aberratiecorrectie en adaptieve beeldvorming in gepulseerde elektronenmicroscopen mogelijk. Het kan worden gebruikt om uw microscoop aan te passen aan de specimens die u bestudeert om de gevoeligheid te maximaliseren." + Verder verkennen

Een nieuwe methode om een ​​lens te vormen voor elektronenmicroscopen met atomaire resolutie