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新技术使电子束的成型成为可能

一种结合了电子显微镜和激光技术的新技术,可实现电子束的可编程任意整形。它可用于优化电子光学和自适应电子显微镜,最大限度地提高灵敏度,同时最大限度地减少光束引起的损伤。这种基础和颠覆性的技术现在已经被维也纳大学和锡根大学的研究人员所证明。结果发表在《物理评论X》上。

当光线穿过湍流或致密的材料时,例如地球大气层或毫米厚的组织,标准成像技术在成像质量方面存在重大限制。因此,科学家将可变形的镜子放置在望远镜或显微镜的光路中,这抵消了不希望的影响。这种所谓的自适应光学在天文学和深层组织成像方面取得了许多突破。

然而,这种控制水平尚未在电子光学中实现,尽管材料科学和结构生物学中的许多应用都需要它。在电子光学中,科学家使用电子束而不是光来成像具有原子分辨率的结构。通常,静态电磁场用于引导和聚焦电子束。

在这项新研究中,来自维也纳大学(物理学院和马克斯佩鲁茨实验室)和锡根大学的研究人员现在已经证明,使用排斥电子的高强度形状光场几乎可以任意偏转电子束。Kapitza和Dirac在1933年首次预测了这种效应,随着高强度脉冲激光的出现,第一次实验演示(Bucksbaum等人,1988年,Freimund等人,2001年)成为可能。

基于维也纳的实验现在利用了我们塑造光的能力。激光脉冲由空间光调制器塑造,并在改进的扫描电子显微镜中与反向传播的同步脉冲电子束相互作用。这使得按需压印到电子波的横向相移成为可能,从而实现对电子束的前所未有的控制。

这种创新技术的潜力通过创建凸面和凹面电子透镜以及产生复杂的电子强度分布得到了证明。正如该研究的主要作者马里乌斯·康斯坦丁·奇里塔·米海拉所指出的那样:“我们正在用电子波横向相位的激光束写作。我们的实验为具有数千个可编程像素的脉冲电子显微镜中的波前整形铺平了道路。将来,你的电子显微镜的一部分可能会由光制成。

与其他竞争的电子整形技术相比,该方案是可编程的,并且避免了由于材料衍射元件降解引起的损耗,非弹性散射和不稳定性。维也纳大学小组负责人ThomasJuffmann补充说:“我们的整形技术可以在脉冲电子显微镜中实现像差校正和自适应成像。它可以用来调整你的显微镜到你研究的标本,以最大限度地提高灵敏度。

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