Vue d'artiste d'électrons individuels interagissant avec un mode de galerie de chuchotement optique alors qu'il tourne autour d'une sphère de silice. La correspondance entre les vitesses de l'électron et l'onde lumineuse qu'il chevauche modifie l'état quantique de l'électron, illustré comme un halo plus large. Crédit :Dr Murat Sivis
Lorsque vous parlez doucement dans l'une des galeries de la cathédrale Saint-Paul, le son circule si facilement autour du dôme que les visiteurs n'importe où sur sa circonférence peuvent l'entendre. Ce phénomène frappant a été appelé l'effet « galerie des murmures », et des variantes apparaissent dans de nombreux scénarios où une vague peut se déplacer presque parfaitement autour d'une structure. Des chercheurs de l'Université de Göttingen ont maintenant exploité l'effet pour contrôler le faisceau d'un microscope électronique par la lumière. Les résultats ont été publiés dans La nature .
Dans leurs expériences, l'équipe du Dr Ofer Kfir et du professeur Claus Ropers a illuminé de petites sphères de verre avec un laser, piégeant la lumière dans ce que l'on appelle un "mode galerie de chuchotements optiques". Semblable à l'exemple de l'acoustique, l'onde lumineuse se déplace dans ces sphères presque sans amortissement. Dans leur microscope électronique, les chercheurs ont ensuite passé un faisceau d'électrons près du bord de la sphère. En mesurant la distribution des vitesses des électrons, ils ont découvert que les électrons et le champ lumineux avaient échangé de grandes quantités d'énergie.
Selon le premier auteur Kfir, la force de l'interaction découle de deux contributions :« Premièrement, l'effet de galerie chuchotant nous permet de stocker la lumière et d'utiliser le temps pour construire une vague plus forte. Seconde, les électrons courent à la même vitesse que l'onde lumineuse sur la sphère de verre. » Il explique :« Pensez à un surfeur qui correspond à la vitesse de l'onde afin d'utiliser au mieux son énergie. » Dans l'étude, les physiciens ont observé que des électrons individuels avaient capté ou donné l'énergie de centaines de photons, les particules élémentaires du champ lumineux.
Outre l'intérêt fondamental de ce phénomène, les chercheurs pensent que leurs découvertes ont une pertinence future considérable. "Nous étudions les façons dont la lumière peut ajouter des fonctionnalités à la microscopie électronique, " dit Ropers de la Faculté de Physique, le chef de l'équipe et directeur de l'Institut Max Planck de chimie biophysique. « Nous pouvons maintenant utiliser la lumière pour orienter le faisceau d'électrons dans l'espace et le temps. L'amélioration du couplage des électrons libres et des photons pourrait éventuellement conduire à des technologies quantiques entièrement nouvelles pour la détection et la microscopie à l'échelle nanométrique. Nous sommes convaincus que le présent travail est une étape importante dans cette direction."
