En ny teknik som kombinerar elektronmikroskopi och laserteknik möjliggör programmerbar, godtycklig formning av elektronstrålar. Den kan potentiellt användas för att optimera elektronoptik och för adaptiv elektronmikroskopi, maximera känsligheten samtidigt som strålinducerad skada minimeras. Denna grundläggande och störande teknologi har nu demonstrerats av forskare vid universitetet i Wien och universitetet i Siegen. Resultaten publiceras i Physical Review X .

När ljus passerar genom turbulent eller tätt material, t.ex. jordens atmosfär eller en millimetertjock vävnad, upplever standardavbildningsteknologier betydande begränsningar i bildkvaliteten. Forskare placerar därför deformerbara speglar i teleskopets eller mikroskopets optiska väg, vilket eliminerar de oönskade effekterna. Denna så kallade adaptiva optik har lett till många genombrott inom astronomi och djupvävnadsavbildning.

Men denna nivå av kontroll har ännu inte uppnåtts inom elektronoptik även om många tillämpningar inom materialvetenskap och strukturbiologi kräver det. Inom elektronoptik använder forskare strålar av elektroner istället för ljus för att avbilda strukturer med atomupplösning. Vanligtvis används statiska elektromagnetiska fält för att styra och fokusera elektronstrålarna.

I den nya studien har forskare från universitetet i Wien (vid Fysiska fakulteten och Max Perutz Labs) och universitetet i Siegen nu visat att det är möjligt att avleda elektronstrålar nästan godtyckligt med hjälp av högintensiva, formade ljusfält, som stöter bort elektroner. Kapitza och Dirac förutspådde denna effekt först 1933, och de första experimentella demonstrationerna (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) blev möjliga med tillkomsten av högintensiva pulsade lasrar.

Det Wien-baserade experimentet använder nu vår förmåga att forma ljus. En laserpuls formas av en rumslig ljusmodulator och interagerar med en mot-propagerande, synkroniserad pulsad elektronstråle i ett modifierat svepelektronmikroskop. Detta möjliggör intryckning på begäran av transversella fasskiftningar till elektronvågen, vilket möjliggör oöverträffad kontroll över elektronstrålar.

Potentialen hos denna innovativa teknologi demonstreras genom att skapa konvexa och konkava elektronlinser och genom att generera komplexa elektronintensitetsfördelningar. Som påpekat av huvudförfattaren till studien, Marius Constantin Chirita Mihaila:"Vi skriver med laserstrålen i elektronvågens tvärfas. Våra experiment banar väg för vågfrontsformning i pulsade elektronmikroskop med tusentals programmerbara pixlar . I framtiden kan delar av ditt elektronmikroskop vara gjorda av ljus."

I motsats till andra konkurrerande elektronformningsteknologier är schemat programmerbart och undviker förluster, oelastisk spridning och instabilitet på grund av nedbrytningen av materialdiffraktionselement. Thomas Juffmann, chef för gruppen vid universitetet i Wien, tillägger:"Vår formningsteknik möjliggör aberrationskorrigering och adaptiv avbildning i pulserande elektronmikroskop. Den kan användas för att justera ditt mikroskop till de prover du studerar för att maximera känsligheten." + Utforska vidare

En ny metod för att bilda en lins för elektronmikroskop med atomupplösning