新的全息方法捕捉光无法触及的物体
- 研究人员使用自由传播的电子来观察光在波长限制之外的表现。
- 他们能够开发一种新的全息方法来捕捉纳米级物体。
- 它可以为量子计算打开新的大门。
全息图的概念于 1948 年首次被发现，但直到 1960 年发明了合适的光源——激光，科学家们才能够创建全息图。从那时起，全息图在显示和科学图像领域迅速扩展.
光学全息现在已成为宏观材料 3D 成像和安全应用的流行方法。然而，这种方法的空间分辨率受到光波长（1 微米）的限制。因此，它不能用于成像更细小的（纳米级）物体。
最近，瑞士联邦理工学院的研究人员提出了一种技术，可以帮助他们观察光在超出波长限制（纳米尺度）的情况下如何表现。他们使用了一种奇怪的摄影媒体——自由传播的电子。
电子与光相互作用
光和自由电子的方向是一个关键参数，因为与传统摄影不同，它对光的相位很敏感。与光相互作用后，电子以不同能量的叠加态存在。
参考：科学进展 | DOI:10.1126/sciadv.aav8358 | EPFL
如果这些电子与另一个激光脉冲相互作用，它们的状态会根据两者之间的最小延迟迅速变化，表现出非常不同的能量分布。研究人员构建了一张能量分布图，以准确计算出光在给定时刻的位置。
自由传播的电子与光相互作用并改变它们的状态 |研究人员提供
事实上，他们利用这一物理原理制作了光波在纳米结构中以最佳空间分辨率传播的实时电影。
一种量子计算方法
为了隔离能量中的电子参考光束和电子成像光束，研究人员利用了电子-光相互作用的量子特性。这使他们能够使用光脉冲加密有关电子波函数的数据。用超快透射电子显微镜绘制数据成为可能。
总的来说，这种新技术有两个主要优点——
- 在空间和时间上以纳米和阿秒精度对电磁场进行成像。
- 它可以应用于量子计算应用，以调整自由电子的量子特性。
该方法提供了比任何其他现有技术最高的空间分辨率。迄今为止，技术仅限于使用自由传播光子的显微光学仪器。
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这是将轻型设备集成和小型化到集成电路上的第一步。该研究还为更好地了解光在光子计算机纳米粒子和原子中的行为提供了可能性。
工业技术