Nuevo método holográfico captura objetos más allá del alcance de la luz

• Los investigadores utilizan electrones que se propagan libremente para ver cómo se comporta la luz más allá de las limitaciones de la longitud de onda.
• Pudieron desarrollar un nuevo método holográfico que captura objetos a nanoescala.
• Puede abrir nuevas puertas para la computación cuántica.

El concepto de holograma se descubrió por primera vez en 1948, pero los científicos no pudieron crear hologramas hasta la invención de una fuente de luz apropiada, el láser, en 1960. Desde entonces, la holografía se expandió rápidamente, tanto en los campos de visualización como en las imágenes científicas. .

La holografía óptica se ha convertido en un método popular para la obtención de imágenes en 3D de materiales macroscópicos y aplicaciones de seguridad. Sin embargo, la resolución espacial de este método está limitada por la longitud de onda de la luz (1 micrómetro). Por lo tanto, no se puede utilizar para obtener imágenes de objetos más pequeños (nanoescala).

Recientemente, investigadores del Instituto Federal Suizo de Tecnología idearon una técnica que les ayuda a observar cómo se comporta la luz más allá de las limitaciones de la longitud de onda (a escala nanométrica). Utilizaron un medio fotográfico extraño:los electrones se propagaban libremente.

Los electrones interactúan con la luz

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

Referencia:Avances científicos | DOI:10.1126 / sciadv.aav8358 | EPFL

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

Los electrones que se propagan libremente interactúan con la luz y cambian su estado | Cortesía de investigadores

De hecho, utilizaron este principio físico para crear una película en tiempo real de ondas de luz que se propagan en las nanoestructuras en el mejor momento de resolución espacial.

Una forma de computación cuántica

Con el fin de aislar los haces de referencia de electrones y de generación de imágenes de electrones en energía, los investigadores utilizaron la naturaleza cuántica de la interacción electrón-luz. Esto les permitió cifrar datos sobre la función de onda de electrones, utilizando pulsos de luz. Es posible mapear datos con microscopía electrónica de transmisión ultrarrápida.

En general, esta nueva técnica tiene dos ventajas principales:

1. Imágenes de campos electromagnéticos con precisión de nanómetros y attosegundos en el espacio y el tiempo.
2. Se puede aplicar a aplicaciones de computación cuántica para ajustar las características cuánticas de los electrones libres.

El enfoque proporciona la resolución espacial más alta que cualquier otra técnica existente. Hasta ahora, la tecnología se ha limitado a instrumentos ópticos microscópicos que utilizan fotones que se propagan libremente.

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