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Die Herausforderung

박사. Thomas Juffmann ist außerordentlicher Professor an der Universität Wien (Österreich), dessen Forschungsgruppe sich auf die Entwicklung neuer Bildgebungsverfahren in der Licht- und Elektronenmikroskopie konzentriert, die aus jedem erkannten Sondenpartikel extrahierten Informationen 맥시미에렌'. Diese Forschung umfasst 이론 연구, Multipass-Mikroskopie, 적응형 Optiken 및 optische Nahfeldelektronenmikroskopie. 

박사. Juffmann erklärt, dass in den letzten Jahren die optischen Techniken sowohl in der Mikroskopie als auch in der Astronomie enorm von der Möglichkeitprofitiert haben, Photonen mit aktiven Komtiven wie räumlichen Lichtmodulatoren 및 적응형 Optik zu manipulieren. Die Elektronenmikroskopie ist in der Lage, einzigartig hochauflösende Daten über verschiedene Proben zu liefern, aber sie hat noch nicht von demselben Maß an Cleverer Kontrolle über die Elektronenprofitiert..... Eine soeben veröffentlichte Forschungsstudie [1] von Juffmanns Gruppe und Mitarbeitern der Universität Siegen hat jedoch gezeigt, wie dies jetzt möglich ist, mit potenziell enormen Auswirkungen auf die gepulste Elektronenmikroskopie und die Metrologie in zahlreichen wissenschaftlichen Disziplinen. Als mögliche Beispiele nennt Juffmann die Kontrastverstärkung in der Phasenmikroskopie oder die Ptychographie, die z. B. Festkörpern Anwendung findet의 bei der Bei der Beobachtung von Phasenübergängen.

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Juffmann und seine Mitarbeiter entschieden sich, zu diesem Zweck den Ponteromotorischen Effekt zu nutzen, einen schwachen Streueffekt, der erstmals 1933 von Kapitza und Dirac vorhergesagt wurde [2]. Der Effekt wurde schließlich zum ersten Mal 1988 von Bucksbaum et al. dank der Verwendung eines gepulsten Lasers beobachtet [3], und später von Freimund et al. einem schönen 실험에서는 das die Beugung eines Elektronen이 einer stehenden Lichtwelle zeigte를 펄스합니다[4]. Juffmanns Team machte sich daran, diesen Fundamental Mechanismus zu nutzen, um Elektronenstrahlen wie nie zuvor zu manipulieren.

Funktioniert das? Die Pondermotivische Kraft bezieht sich auf die Bewegung von Elektronen in einem oszillierenden elektromagnetischen Feld, wie z. B. einem Lichtstrahl mit ungleichmäßiger Intensität. Diese Kraft führt dazu, dass sich Elektronen von Bereichen mit hoher Intensität weg in Bereiche mit niedrigerer Intensität bewegen.  Juffmann wusste, dass es eine Möglichkeit bieten könnte, Elektronen mit Licht zu manipulieren. Allerdings ist dies auch ein schwacher Effekt, der eine sehr hohe Lichtintensität erfordert. 또한 machte sich seine Gruppe daran, die notwendigen tensiven Feldstrukturen mit einem Femtosekundenlaser und einem räumlichen Lichtmodulator zu erzeugen.

Das Labor war mit einem모나코 1035 울트라패스트레이저ausgestattet, der sich als Ideale Lichtquelle für diese Experimente erwies. Juffmann erklärt: "Die Kombination aus kurzer(<300 fs) Pulsbreite und hoher(40 μJ) Pulsenergie bietet eine ausreichende Spitzenleistung für unsere aktuellen Experimente sowie für zukünftige Aufbauten mit mehr Pixeln in den Elektronenmustern. Und die Pulswiederholrate von 1 MHz führt zu kurzen Datenerfassungszeiten.“ Er nennt auch die Zuverlässigkeit des Laser als Vorteil ohne Ausfallzeiten in fast 4 Jahren in seinem Labor.

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Bei der Juffmann-Anordnung nimmt ein Strahlteiler einige Prozent der Laserintensität ab. Dieser wird auf eine Metallspitze fokussiert, um einen Stoß von Elektronen zu erzeugen, die dann als kollimierter Strahl beschleunigt werden. Der Rest des Laserstrahls wird durch ein räumliches Lichtmodul strukturiert, bevor er mit dem Elektronenstrahl in einer gegenläufigen Anordnung interagiert. Die Abbildung veranschaulicht die Fähigkeit dieses Ansatzes, beliebige Elektronenstrahlformen mit praktisch jeder Geometrie und jedem Detail zu erzeugen: Dies zeigt ein Bild eines Phosphorbildschirms, der vom Elektronenstrahl bestrahlt wird und manipuliert wurde, um verschiedene Muster zu erzeugen, einschließlich eines "lächelnden Gesichts". 

Juffmann merkt an, dass diese neue Methode im Vergleich zu anderen Techniken der Elektronenmanipulation Programmierbar ist und Verluste, inelastische Streuung und potenzielle Instabilitäten aufgrund des Abbaus von Materialbeugungselementen vermeidet. Daher können Teile Ihres Elektronenmikroskops in Zukunft optische Anpassungen enhalten. Marius Mihaila, ein Doktorand im Juffmann-Labor, fasst zusammen: "Unsere Formungstechnik ermöglicht eine erfolgreiche Aberrationskorrektur und Adaptive Bildgebung in gepulsten Elektronenmikroskopen. Damit können Sie Ihr Mikroskop an die Proben anpassen, die Sie untersuchen, um die Empfindlichkeit zu maximieren.”

Referencenzen

1. MCC Mihaila 외, 빛을 이용한 횡단 전자빔 성형, Phys Rev. X 12, 031043(2022).
2. P.L. Kapitza 및 P.A.M. Dirac, Die Reflexion von Elektronen aus stehenden Lichtwellen. 진행 캠. 필. Soc. 29, 297–300(1933).
3. P.H. Bucksbaum et al, Hochtensiver Kapitza-Dirac-Effekt. 물리. Lett 목사. 61, 1182-1185(1988).
4. Freimund 외, Kapitza-Dirac 효과 관찰, Nature, 413, 142–143 (2001). 

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