Vědci pozorovali elektrony surfující na světelné vlně

Výsledná manipulace s energetickými spektry elektronů může dle článku publikovaného v časopisu Physical Review Letters přinést zajímavé aplikace v elektronové mikroskopii a spektroskopii.

Elektronová mikroskopie je velmi důležitou součástí mnoha vědních oborů, jelikož umožňuje zobrazovat předměty z nanosvěta s atomovým prostorovým rozlišením či zkoumat složení a strukturu látek.

Související

Lukáš Bauer

Čeští vědci se snaží inovativně vyrábět vodík…

Marek Kuřina

Pomocí extrémně silných laserů chtějí vědci…

Její rozvoj je podmíněn možností kontrolovat elektronové svazky s co největší přesností. Kromě statických obrázků, které jsou snímány v klasických elektronových mikroskopech, lze pomocí pulzních svazků elektronů zkoumat také dynamické procesy odehrávající se na extrémně krátkých časových škálách pikosekund či femtosekund.

Manipulace s elektronovými svazky v elektronovém mikroskopu je velice podobná šíření světelných vln v optickém mikroskopu. Pomocí elektronových čoček lze vytvořit vhodné prostorové rozložení elektrostatického či magnetického pole, které umožňuje elektrony fokusovat a přenést zvětšený obraz vzorku na detektor. Klasická elektronová optika ovšem neumožňuje kontrolu elektronových balíků v časové oblasti, která je nezbytná pro zobrazování dynamických procesů v mikrosvětě s vysokým časovým a prostorovým rozlišením.

Ovládání elektronových svazků v časové oblasti femtosekund bylo v nedávné době umožněno díky jejich interakci s laserovým světlem. Elektrony šířící se ve vakuu mohou být rozkmitány elektromagnetickým polem světla. Pokud optické pole dostatečně zesílíme, začne se projevovat tzv. ponderomotorická síla, která vytlačuje elektrony z oblastí s vysokou světelnou intenzitou. Pokud tedy vytvoříme světelnou vlnu, jejíž intenzita se v prostoru mění, např. svazek světla vycházejícího z laseru, působí tato síla na procházející nabité částice.

Fyzici zkoumali, jak se chovají elektrony, pokud se pohybují v potenciálu vytvořeném optickou záznějovou vlnou vytvořenou dvěma laserovými svazky. „K našemu překvapení se ukázalo, že pokud necháme elektrony surfovat na vlně po delší dobu, přináší tento režim zajímavé výsledky. Pokud se správně nastaví experimentální podmínky, je možné elektrony selektivně urychlit či zpomalit, vytvářet úzká spektra či extrémně krátké elektronové pulzy. Tato teoretická studie nám poskytuje další motivaci pro výzkum v rámci ERC projektu eWaveShaper, který je zaměřený na experimentální výzkum ovládání elektronů pomocí světla,“ popisuje dr. Martin Kozák z Katedry chemické fyziky a optiky MFF UK, jeden z autorů článku publikovaného v časopisu Physical Review Letters.

Zdroj: Physical Review Letters, MFF UK