Une nouvelle technique qui combine la microscopie électronique et la technologie laser permet une mise en forme programmable et arbitraire des faisceaux d'électrons. Il peut potentiellement être utilisé pour optimiser l'optique électronique et pour la microscopie électronique adaptative, maximisant la sensibilité tout en minimisant les dommages induits par le faisceau. Cette technologie fondamentale et perturbatrice a maintenant été démontrée par des chercheurs de l'Université de Vienne et de l'Université de Siegen. Les résultats sont publiés dans Physical Review X .

Lorsque la lumière traverse un matériau turbulent ou dense, par exemple l'atmosphère terrestre ou un tissu d'un millimètre d'épaisseur, les technologies d'imagerie standard connaissent des limitations importantes dans la qualité de l'image. Les scientifiques placent donc des miroirs déformables dans le chemin optique du télescope ou du microscope, qui annulent les effets indésirables. Cette optique dite adaptative a conduit à de nombreuses percées dans l'astronomie et l'imagerie des tissus profonds.

Cependant, ce niveau de contrôle n'a pas encore été atteint en optique électronique même si de nombreuses applications en science des matériaux et en biologie structurale l'exigent. En optique électronique, les scientifiques utilisent des faisceaux d'électrons au lieu de lumière pour imager des structures avec une résolution atomique. Habituellement, les champs électromagnétiques statiques sont utilisés pour orienter et focaliser les faisceaux d'électrons.

Dans la nouvelle étude, des chercheurs de l'Université de Vienne (à la Faculté de physique et aux laboratoires Max Perutz) et de l'Université de Siegen ont maintenant montré qu'il est possible de dévier des faisceaux d'électrons presque arbitrairement en utilisant des champs lumineux façonnés à haute intensité, qui repoussent les électrons. Kapitza et Dirac ont prédit cet effet pour la première fois en 1933, et les premières démonstrations expérimentales (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) sont devenues possibles avec l'avènement des lasers pulsés à haute intensité.

L'expérience basée à Vienne utilise maintenant notre capacité à façonner la lumière. Une impulsion laser est façonnée par un modulateur spatial de lumière et interagit avec un faisceau d'électrons pulsé synchronisé à contre-propagation dans un microscope électronique à balayage modifié. Cela permet d'imprimer à la demande des déphasages transversaux à l'onde électronique, permettant un contrôle sans précédent sur les faisceaux d'électrons.

Le potentiel de cette technologie innovante est démontré en créant des lentilles électroniques convexes et concaves et en générant des distributions complexes d'intensité électronique. Comme l'a souligné l'auteur principal de l'étude, Marius Constantin Chirita Mihaila :« Nous écrivons avec le faisceau laser dans la phase transversale de l'onde électronique. Nos expériences ouvrent la voie à la mise en forme du front d'onde dans les microscopes électroniques pulsés avec des milliers de pixels programmables. . À l'avenir, certaines parties de votre microscope électronique pourraient être fabriquées à partir de lumière."

Contrairement à d'autres technologies concurrentes de mise en forme d'électrons, le schéma est programmable et évite les pertes, la diffusion inélastique et les instabilités dues à la dégradation des éléments de diffraction du matériau. Thomas Juffmann, chef du groupe à l'Université de Vienne, ajoute :« Notre technique de mise en forme permet la correction des aberrations et l'imagerie adaptative dans les microscopes électroniques pulsés. Elle peut être utilisée pour ajuster votre microscope aux spécimens que vous étudiez afin de maximiser la sensibilité. + Explorer plus loin

Une nouvelle méthode pour former une lentille pour les microscopes électroniques à résolution atomique