Elektronen-Holografie visualisiert Nanostrukturen jenseits der Lichtwellenlängen-Grenze

Frei propagierende Elektronen als fotografisches Medium für Attosekunden-Auflösung

Optische Holografie: Auflösung begrenzt durch Lichtwellenlänge (~1 µm) → keine Nanostruktur-Bildgebung. EPFL-Forscher nutzen frei propagierende Elektronen, um Lichtverhalten im Nanometer-/Attosekunden-Bereich zu beobachten.

Physikalisches Prinzip

• Elektronenrichtung und -phase entscheidend (empfindlich gegenüber Lichtphase)
• Nach Licht-Wechselwirkung: Elektronen in Superpositionszuständen mit unterschiedlichen Energien
• Zweiter Laserpuls → schnelle Zustandsänderung basierend auf minimaler Verzögerung → unterschiedliche Energieverteilung
• Energiekarten → exakte Lichtposition zu gegebenem Zeitpunkt
• Echtzeit-Film von Lichtwellenausbreitung in Nanostrukturen

Quantum Computing Potenzial

• Quanten-Natur der Elektron-Licht-Wechselwirkung isoliert Referenz- und Imaging-Strahl im Energiebereich
• Datenverschlüsselung auf Elektronenwellenfunktion via Lichtpulse
• Ultraschnelle Transmissionelektronenmikroskopie für Mapping

Zwei Hauptvorteile

1. Elektromagnetische Felder mit nm/as-Präzision in Raum/Zeit bildbar
2. Anwendbar auf Quantencomputing: Tuning freier Elektronen-Quanteneigenschaften

Höchste räumliche Auflösung aller existierenden Techniken. Erster Schritt: Lichtgeräte auf integrierte Schaltkreise miniaturisieren. Verständnis von Licht in photonischen Computern, Nanopartikeln, Atomen.

Quelle: Science Advances | DOI:10.1126/sciadv.aav8358 | EPFL