Une nouvelle méthode holographique capture un objet au-delà de la portée de la lumière

• Les chercheurs utilisent des électrons à propagation libre pour voir comment la lumière se comporte au-delà des limites de longueur d'onde.
• Ils ont pu développer une nouvelle méthode holographique qui capture des objets à l'échelle nanométrique.
• Cela peut ouvrir de nouvelles portes pour le calcul quantique.

Le concept de l'hologramme a été découvert pour la première fois en 1948, mais les scientifiques n'ont pas été en mesure de créer des hologrammes avant l'invention d'une source lumineuse appropriée, le laser, en 1960. Depuis lors, l'holographie s'est rapidement développée, à la fois dans les domaines de l'affichage et de l'imagerie scientifique. .

L'holographie optique est maintenant devenue une méthode populaire pour l'imagerie 3D de matériaux macroscopiques et les applications de sécurité. Cependant, la résolution spatiale de cette méthode est limitée par la longueur d'onde de la lumière (1 micromètre). Ainsi, il ne peut pas être utilisé pour l'imagerie d'objets plus petits (à l'échelle nanométrique).

Récemment, des chercheurs de l'École polytechnique fédérale de Suisse ont mis au point une technique qui les aide à observer le comportement de la lumière au-delà des limites de longueur d'onde (à l'échelle nanométrique). Ils ont utilisé un support photographique étrange - les électrons se propageant librement.

Les électrons interagissent avec la lumière

La direction de la lumière et des électrons libres est un paramètre crucial car contrairement à la photographie conventionnelle, elle est sensible à la phase de la lumière. Après avoir interagi avec la lumière, les électrons existent dans des états de superposition avec différentes énergies.

Référence :Avancées scientifiques | DOI:10.1126/sciadv.aav8358 | EPFL

Si ces électrons interagissent avec une autre impulsion laser, leurs états changent rapidement en fonction du plus petit délai entre les deux, présentant une distribution d'énergie très différente. Les chercheurs construisent une carte des distributions d'énergie pour déterminer avec précision la position de la lumière à un moment donné.

Les électrons se propageant librement interagissent avec la lumière et changent d'état | Avec l'aimable autorisation des chercheurs 

En fait, ils ont utilisé ce principe physique pour créer un film en temps réel d'ondes lumineuses se propageant dans les nanostructures au meilleur moment de la résolution spatiale.

Une voie pour le calcul quantique

Afin d'isoler les faisceaux de référence électronique et d'imagerie électronique en énergie, les chercheurs ont utilisé la nature quantique de l'interaction électron-lumière. Cela leur a permis de crypter les données sur la fonction d'onde électronique, en utilisant des impulsions lumineuses. Il est possible de cartographier les données avec la microscopie électronique à transmission ultrarapide.

Globalement, cette nouvelle technique présente 2 avantages majeurs -

1. Imagerie des champs électromagnétiques avec une précision nanométrique et attoseconde dans l'espace et le temps.
2. Il peut être appliqué aux applications d'informatique quantique pour régler les caractéristiques quantiques des électrons libres.

L'approche fournit la résolution spatiale la plus élevée que toute autre technique existante. Jusqu'à présent, la technologie était limitée aux instruments optiques microscopiques qui utilisent des photons à propagation libre.

Lire :Il est désormais possible de transformer chimiquement la lumière visible en lumière infrarouge

C'est la première étape pour intégrer et miniaturiser des équipements légers sur des circuits intégrés. L'étude ouvre également la possibilité de mieux comprendre le comportement de la lumière dans les nanoparticules et les atomes des ordinateurs photoniques.