Au microscope électronique, les électrons sont émis par des pointes métalliques pointues, ils peuvent donc être dirigés et contrôlés avec une grande précision. Récemment, de telles pointes métalliques ont également été utilisées comme sources d'électrons de haute précision pour générer des rayons X. Une équipe de chercheurs de la TU Wien (Vienne), avec des collègues de la FAU Erlangen-Nürnberg (Allemagne), ont développé une méthode de contrôle des émissions d'électrons avec une précision plus élevée que jamais. A l'aide de deux impulsions laser, il est désormais possible d'activer et de désactiver le flux d'électrons sur des échelles de temps extrêmement courtes.

C'est juste la pointe de l'aiguille

"L'idée de base ressemble à un paratonnerre, " explique Christoph Lemell (TU Wien). " Le champ électrique autour d'une aiguille est toujours le plus fort à la pointe. C'est pourquoi la foudre frappe toujours le bout d'une tige, Et pour la même raison, les électrons laissent une aiguille juste à la pointe."

Des aiguilles extrêmement pointues peuvent être fabriquées avec les méthodes de la nanotechnologie moderne. Leur pointe n'a que quelques nanomètres de large, ainsi le point auquel les électrons sont émis est connu avec une très grande précision. En plus de ça, il est également important de contrôler à quel moment les électrons sont émis.

Ce type de contrôle temporel est désormais possible grâce à une nouvelle approche :« Deux impulsions laser différentes sont tirées sur la pointe métallique, " explique Florian Libisch (TU Wien). Les couleurs de ces deux lasers sont choisies de telle sorte que les photons d'un laser aient exactement le double de l'énergie des photons de l'autre laser. il est important de s'assurer que les deux ondes lumineuses oscillent en parfaite synchronicité.

A l'aide de simulations informatiques, l'équipe de TU Wien a pu prédire qu'un petit délai entre les deux impulsions laser peut servir de « commutateur » pour l'émission d'électrons. Cette prédiction a maintenant été confirmée par des expériences réalisées par le groupe de recherche du professeur Peter Hommelhoff à la FAU Erlangen-Nürnberg. Sur la base de ces expériences, il est maintenant possible de comprendre le processus en détail.

Absorber les photons

Lorsqu'une impulsion laser est tirée sur la pointe métallique, son champ électrique peut arracher des électrons au métal – c'est un phénomène bien connu. La nouvelle idée est qu'une combinaison de deux lasers différents peut être utilisée pour contrôler l'émission des électrons sur une échelle de temps femtoseconde.

Il existe différentes manières pour un électron de gagner suffisamment d'énergie pour quitter la pointe métallique :il peut absorber deux photons du laser à haute énergie ou quatre photons du laser à basse énergie. Les deux mécanismes conduisent au même résultat. "Un peu comme une particule dans une expérience à double fente, qui voyage sur deux chemins différents en même temps, l'électron peut participer à deux processus différents en même temps, " dit le professeur Joachim Burgdörfer (TU Wien). "La nature n'a pas à choisir l'une des deux possibilités – les deux sont également réelles et interfèrent l'une avec l'autre."

En réglant soigneusement les deux lasers, il est possible de contrôler si les deux processus physiques quantiques s'amplifient mutuellement, ce qui entraîne une augmentation de l'émission d'électrons, ou s'ils s'annulent, ce qui signifie que pratiquement aucun électron n'est émis. C'est un moyen simple et efficace de contrôler l'émission d'électrons.

Ce n'est pas seulement une nouvelle méthode d'expérimentation avec des électrons de haute énergie, la nouvelle technologie devrait ouvrir la porte à la génération contrôlée de rayons X. « Des sources de rayons X innovantes sont déjà en cours de construction en utilisant des réseaux de pointes métalliques étroites comme sources d'électrons, " dit Lemell. " Avec notre nouvelle méthode, ces nano-pointes pourraient être déclenchées exactement de la bonne manière afin qu'un rayonnement de rayons X cohérent soit produit."