Natuurkundigen van de Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hebben een raamwerk ontworpen waarmee wetenschappers interacties tussen licht en elektronen kunnen observeren met behulp van een traditionele scanning elektronenmicroscoop. De procedure is aanzienlijk goedkoper dan de tot nu toe gebruikte technologie en maakt ook een breder scala aan experimenten mogelijk. De onderzoekers hebben hun bevindingen gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review Letters .

De kwantumcomputer is slechts één voorbeeld van het belang van begrip van de fundamentele processen die ten grondslag liggen aan interacties tussen fotonen en elektronen. In combinatie met ultrakorte laserpulsen is het mogelijk te meten hoe fotonen de energie en snelheid van elektronen veranderen. Deze foton-geïnduceerde elektronenmicroscopie (PINEM) steunde tot nu toe volledig op transmissie-elektronenmicroscopen (TEM). Hoewel deze de resolutie hebben om individuele atomen te lokaliseren, zijn ze echter aanzienlijk duurder dan scanning-elektronenmicroscopen (SEM) en hun monsterkamer is extreem klein, slechts enkele kubieke millimeters groot.

Verschillen meten tot een paar honderdduizendsten van een geheel

Onderzoekers van de leerstoel Laserfysica van prof.dr. Peter Hommelhoff zijn er nu in geslaagd een traditionele SEM aan te passen om PINEM-experimenten uit te voeren. Ze ontwierpen een speciale spectrometer op basis van magnetische krachten die direct in de microscoop is geïntegreerd. Het onderliggende principe is dat het magnetische veld elektronen in meer of mindere mate omleidt, afhankelijk van hun snelheid. Met behulp van een detector die elektronenbotsingen omzet in licht, wordt deze afwijking nauwkeurig afgelezen. Met deze methode kunnen onderzoekers zelfs de kleinste veranderingen in energie meten, tot verschillen van slechts enkele honderdduizenden van de oorspronkelijke waarde - genoeg om de bijdrage van een enkele lichtenergiequanta - een foton - te onderscheiden.

Een breder spectrum aan experimenten mogelijk in de toekomst

De ontdekking van de natuurkundigen van Erlangen is in meer dan één opzicht baanbrekend. Vanuit financieel oogpunt zou het kunnen onderzoeken van foton-elektron-interacties zonder TEM, die enkele miljoenen euro's kosten, onderzoek toegankelijker maken. Bovendien, aangezien de kamer van een SEM over het algemeen een volume heeft tot 20 kubieke centimeter, is een veel breder scala aan experimenten nu mogelijk, omdat extra optische en elektronische componenten zoals lenzen, prisma's en spiegels direct naast de monsters kunnen worden geplaatst . De onderzoekers verwachten dat over enkele jaren het hele veld van microscopische kwantumexperimenten zal verschuiven van TEM naar SEM. + Verder verkennen

Geïntegreerde fotonica ontmoet elektronenmicroscopie