Fotografering mäter hur mycket ljus av olika färger som träffar den fotografiska filmen. Dock, ljus är också en våg, och kännetecknas därför av fasen. Fas anger positionen för en punkt inom vågcykeln och korrelerar till informationens djup, vilket betyder att inspelning av den ljusfas som sprids av ett objekt kan hämta sin fulla 3D-form, som inte kan erhållas med ett enkelt fotografi. Detta är grunden för optisk holografi, populariserad av snygga hologram i sci-fi-filmer som Star Wars.

Men problemet är att den rumsliga upplösningen för fotot/hologrammet begränsas av ljusets våglängd, runt eller strax under 1 μm (0,001 mm). Det är bra för makroskopiska objekt, men det börjar misslyckas när man går in i nanoteknikområdet.

Nu har forskare från Fabrizio Carbones laboratorium vid EPFL utvecklat en metod för att se hur ljus beter sig i minsta skala, långt bortom våglängdsbegränsningar. Forskarna använde de mest ovanliga fotografiska medierna:fritt förökande elektroner. Används i deras ultrasnabba elektronmikroskop, metoden kan koda kvantinformation i ett holografiskt ljusmönster fångat i en nanostruktur, och är baserad på en exotisk aspekt av elektron- och ljusinteraktion.

Forskarna använde kvantkaraktären av elektron-ljusinteraktionen för att separera elektronreferens- och elektronbildande strålar i energi istället för rymden. Detta gör det nu möjligt att använda ljuspulser för att kryptera information om elektronvågsfunktionen, som kan kartläggas med ultra-snabb överföringselektronmikroskopi.

Den nya metoden kan ge oss två viktiga fördelar:För det första information om själva ljuset, vilket gör det till ett kraftfullt verktyg för att avbilda elektromagnetiska fält med attosekund och nanometer precision i tid och rum. Andra, metoden kan användas i kvantberäkningsapplikationer för att manipulera kvantegenskaperna hos fria elektroner.

"Konventionell holografi kan extrahera 3D-information genom att mäta skillnaden i avstånd som ljuset rör sig från olika delar av objektet, "säger Carbone." Men detta behöver en ytterligare referensstråle från en annan riktning för att mäta interferensen mellan de två. Konceptet är detsamma med elektroner, men vi kan nu få högre rumslig upplösning på grund av deras mycket kortare våglängd. Till exempel, vi kunde spela in holografiska filmer med snabbt rörliga föremål genom att använda ultrakorta elektronpulser för att bilda hologrammen. "

Utöver kvantberäkningar, tekniken har den högsta rumsliga upplösningen jämfört med alternativ, och kan förändra hur vi tänker om ljus i vardagen. "Än så länge, vetenskap och teknik har begränsats till fritt förökande fotoner, används i makroskopiska optiska enheter, "säger Carbone." Vår nya teknik gör att vi kan se vad som händer med ljus på nanoskala, det första steget för miniatyrisering och integration av ljusenheter på integrerade kretsar. "