Nueva luz para dar forma a los haces de electrones
Técnica de imagen adaptativa para la ciencia de los materiales y la biología estructural
Una nueva técnica que combina la microscopía electrónica y la tecnología láser permite la conformación programable y arbitraria de los haces de electrones. Puede utilizarse para optimizar la óptica de los electrones y para la microscopía electrónica adaptativa, maximizando la sensibilidad y minimizando el daño inducido por el haz. Los investigadores de la Universidad de Viena y de la Universidad de Siegen acaban de demostrar esta tecnología fundamental y revolucionaria. Los resultados se publican en PRX.
© stefaneder.at, University of Vienna
Cuando la luz atraviesa un material turbulento o denso, como la atmósfera terrestre o un tejido de espesor milimétrico, las tecnologías de imagen estándar experimentan importantes limitaciones en la calidad de la imagen. Por ello, los científicos colocan espejos deformables en la trayectoria óptica del telescopio o microscopio, que anulan los efectos indeseados. La llamada óptica adaptativa ha dado lugar a muchos avances en la astronomía y la obtención de imágenes de tejidos profundos.
Sin embargo, este nivel de control aún no se ha alcanzado en la óptica de electrones, a pesar de que muchas aplicaciones en la ciencia de los materiales y la biología estructural lo exigen. En la óptica de electrones, los científicos utilizan haces de electrones en lugar de luz para obtener imágenes de estructuras con resolución atómica. Normalmente, se utilizan campos electromagnéticos estáticos para dirigir y enfocar los haces de electrones.
En un nuevo estudio publicado en PRX, investigadores de la Universidad de Viena (en la Facultad de Física y los Laboratorios Max Perutz) y de la Universidad de Siegen han demostrado que es posible desviar los haces de electrones de forma casi arbitraria utilizando campos de luz de alta intensidad y con forma, que repelen a los electrones. Kapitza y Dirac predijeron este efecto por primera vez en 1933, y las primeras demostraciones experimentales (Bucksbaum et al., 1988, Freimund et al., 2001) fueron posibles con la llegada de los láseres pulsados de alta intensidad.
El experimento de Viena aprovecha ahora nuestra capacidad para dar forma a la luz. Un pulso láser se modela mediante un modulador espacial de luz e interactúa con un haz de electrones pulsado sincronizado y contrapropagado en un microscopio electrónico de barrido modificado. Esto permite imprimir, a petición, desplazamientos de fase transversales a la onda de electrones, lo que permite un control sin precedentes sobre los haces de electrones.
El potencial de esta innovadora tecnología se demuestra creando lentes de electrones convexas y cóncavas y generando complejas distribuciones de intensidad de electrones. Como señala el autor principal del estudio, Marius Constantin Chirita Mihaila: "Estamos escribiendo con el rayo láser en la fase transversal de la onda de electrones. Nuestros experimentos allanan el camino para la conformación del frente de onda en microscopios electrónicos pulsados con miles de píxeles programables. En el futuro, algunas partes del microscopio electrónico podrán estar hechas de luz".
A diferencia de otras tecnologías de conformación de electrones de la competencia, el esquema es programable y evita las pérdidas, la dispersión inelástica y las inestabilidades debidas a la degradación de los elementos de difracción del material. Thomas Juffmann, director del grupo de la Universidad de Viena, añade: "Nuestra técnica de conformación permite corregir la aberración y obtener imágenes adaptativas en microscopios electrónicos pulsados. Puede utilizarse para ajustar el microscopio a las muestras que se estudian para maximizar la sensibilidad".
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