Holografía revolucionaria usa electrones para visualizar objetos nanoescala más allá de límites de la luz

Investigadores usan electrones de propagación libre para ver cómo se comporta la luz más allá de las limitaciones de longitud de onda.

Lograron desarrollar un nuevo método holográfico que captura objetos a nanoescala.

Puede abrir nuevas puertas para la computación cuántica.

Electrones interactúan con la luz

La dirección de la luz y electrones libres es un parámetro crucial porque, a diferencia de la fotografía convencional, es sensible a la fase de la luz. Tras interactuar con la luz, los electrones existen en estados de superposición con diferentes energías.

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

Si estos electrones interactúan con otro pulso láser, sus estados cambian rápidamente basándose en el menor retraso entre los dos, mostrando distribuciones de energía muy diferentes. Los investigadores construyen un mapa de distribuciones de energía para determinar con precisión la posición de la luz en un momento dado.

Electrones de propagación libre interactúan con la luz y cambian su estado | Cortesía de los investigadores

De hecho, usaron este principio físico para crear una película en tiempo real de una onda de luz propagándose en nanoestructuras con la más fina resolución espacio-temporal.

Un camino para la computación cuántica

Para aislar los haces de electrones de referencia e imagen en energía, los investigadores utilizaron la naturaleza cuántica de la interacción electrón-luz. Esto les permitió cifrar datos en la función de onda del electrón, usando pulsos de luz. Es posible mapear datos con microscopía electrónica de transmisión ultrarrápida.

En general, esta nueva técnica tiene 2 ventajas principales:

1. Imagen de campos electromagnéticos con precisión de nanómetro y attosegundo en espacio y tiempo.
2. Puede aplicarse a aplicaciones de computación cuántica para ajustar características cuánticas de electrones libres.

El enfoque proporciona la mayor resolución espacial que cualquier otra técnica existente. Hasta ahora, la tecnología se limitaba a instrumentos ópticos microscópicos que usan fotones de propagación libre.

Este es el primer paso para integrar y miniaturizar equipos de luz en circuitos integrados. El estudio también abre la posibilidad de entender mejor cómo se comporta la luz en computadoras fotónicas, nanopartículas y átomos.