"Empreintes optiques sur un faisceau d'électrons
Des chercheurs observent des processus optiques non linéaires au microscope électronique
Le contrôle précis des faisceaux d'électrons dans les microscopes électroniques à transmission (MET) permet d'analyser des matériaux ou des molécules au niveau atomique. Combinés à de courtes impulsions lumineuses, ces appareils peuvent également être utilisés pour analyser des processus dynamiques. Des chercheurs de Göttingen et de Suisse ont montré pour la première fois comment les électrons peuvent distinguer des états lumineux complexes dans un stockage microscopique de lumière dans un MET.
Comment pouvons-nous utiliser la lumière pour stocker des informations ? Ou l'utiliser pour transmettre des données à la vitesse de l'éclair ? Le domaine de recherche de la photonique traite de ces questions et de bien d'autres encore. La photonique intégrée moderne permet, par exemple, de guider ou de manipuler la lumière dans des canaux sur une puce électronique. Il est également possible d'utiliser des processus optiques dits non linéaires, qui permettent de créer de nouvelles couleurs ou des impulsions lumineuses extrêmement courtes pour des intensités lumineuses très élevées. Ces technologies sont déjà utilisées dans les télécommunications, pour les mesures optiques de distance et de vitesse, et dans l'informatique quantique.
Récemment, de nouvelles interfaces entre la photonique et d'autres domaines de recherche, tels que la microscopie électronique, sont apparues. Par exemple, des micropuces optiques ont récemment été capables d'influencer des faisceaux d'électrons. À leur tour, les électrons peuvent être utilisés pour mesurer les champs lumineux. Lorsqu'un électron traverse un champ lumineux intense, il est accéléré ou décéléré en fonction de son temps d'arrivée et de l'intensité du champ. Les scientifiques peuvent alors tirer des conclusions directes sur les propriétés de la lumière à partir de la vitesse modifiée de l'électron.
Dans une nouvelle étude publiée dans la revue Science, une équipe dirigée par Claus Ropers de l'Institut Max Planck (MPI) pour les sciences multidisciplinaires de Göttingen et Tobias Kippenberg de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) a étudié divers processus optiques non linéaires à l'aide d'un faisceau d'électrons. Pour ce faire, ils ont placé un dispositif de stockage de lumière en forme d'anneau, appelé microrésonateur, dans un MET et y ont généré de la lumière avec différentes formes d'ondes. Sur la base de l'interaction caractéristique avec le faisceau d'électrons, ils ont pu analyser en détail les différents états de la lumière.
"Si nous positionnons le faisceau d'électrons de manière à ce que les électrons passent devant les résonateurs, nous pouvons mesurer l'influence exacte du champ lumineux sur l'énergie des électrons", explique Jan-Wilke Henke du MPI. Sa collègue Jasmin Kappert ajoute : "Chacune des formes d'onde possibles de la lumière laisse une empreinte caractéristique dans le spectre électronique, ce qui nous permet de retracer la formation des différents états. Les deux doctorants ont réalisé les expériences dans le laboratoire de microscopie électronique à transmission ultrarapide du MPI de Göttingen. Les puces photoniques nécessaires ont été développées par l'équipe de Lausanne.
Cependant, les chercheurs n'ont pas seulement réussi à caractériser les champs lumineux en fonction de leur effet sur les électrons : "Dans nos expériences, nous avons également généré des solitons - des impulsions lumineuses stables et ultracourtes d'une durée inférieure à un dixième de trillionième de seconde", explique le physicien Yujia Yang de l'EPFL. La possibilité de générer des solitons dans un MET étend l'utilisation de l'optique non linéaire et des microrésonateurs à des domaines inexplorés, explique Tobias Kippenberg. "L'interaction entre les électrons et les solitons pourrait, entre autres, permettre la microscopie électronique ultrarapide avec un taux de répétition sans précédent.
Claus Ropers, directeur de Max Planck, ajoute : "Nos résultats montrent que la microscopie électronique est parfaitement adaptée à l'étude des dynamiques optiques non linéaires à l'échelle nanométrique. Nous pensons également que cette technologie trouvera de nombreuses autres applications à l'avenir, tant pour la manipulation spatiale que temporelle des faisceaux d'électrons."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Autres actualités du département science
Recevez les dernières actualités de l’industrie chimique
Ne manquez plus aucune actualité : notre newsletter consacrée à l'industrie chimique, aux méthodes analytiques, aux laboratoires et à la technologie des processus vous informe tous les mardis et jeudis. Les dernières nouvelles du secteur, les produits phares et les innovations - de manière compacte et compréhensible dans votre boîte de réception. Recherché par nos soins, pour que vous n'ayez pas à le faire.
