Luglio 5, 2022

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I fisici hanno sviluppato un nuovo paradigma per la microscopia quantistica

I fisici della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) hanno progettato una struttura che consente agli scienziati di osservare le interazioni tra luce ed elettroni utilizzando un microscopio elettronico a scansione convenzionale. La procedura è molto più economica della tecnica utilizzata finora e consente anche una più ampia gamma di esperimenti. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati sulla rivista lettere di esame fisico.

Un computer quantistico è solo un esempio dell’importanza di comprendere i processi fondamentali dietro le interazioni tra fotoni ed elettroni. In combinazione con impulsi laser ultracorti, è possibile misurare come i fotoni cambiano l’energia e la velocità degli elettroni. Questo microscopio elettronico indotto da fotoni (PINEM) è stato finora interamente basato sulla microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Sebbene questi abbiano la precisione necessaria per localizzare i singoli atomi, sono molto più costosi dei microscopi elettronici a scansione (SEM) e la camera del campione è estremamente piccola, solo pochi millimetri cubi.

Misura le differenze fino a pochi centesimi di millesimi di un intero

I ricercatori del capo della fisica dei laser del professor Peter Hummelhof sono ora riusciti a modificare un SEM convenzionale per eseguire esperimenti PINEM. Hanno progettato uno spettrometro speciale basato su forze magnetiche incorporate direttamente nel microscopio. Il principio di base è che il campo magnetico devia un po’ gli elettroni a seconda della loro velocità. Utilizzando un rivelatore che converte la collisione dell’elettrone in luce, viene fornita una lettura accurata di questa deflessione. Questo metodo consente ai ricercatori di misurare anche i più piccoli cambiamenti di energia, fino a differenze di poche centinaia di millesimi del valore originale, sufficienti per discernere un singolo contributo quantistico di energia luminosa: un fotone.

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Una vasta gamma di possibili esperienze future

La scoperta dei fisici di Erlangen è rivoluzionaria in più di un modo. In termini finanziari, la possibilità di cercare interazioni fotone-elettrone senza utilizzare un TEM, che costa diversi milioni di euro, potrebbe rendere la ricerca molto più semplice. Inoltre, poiché la camera SEM contiene tipicamente un volume fino a 20 cc, ora è possibile eseguire una gamma più ampia di esperimenti, in cui è possibile posizionare componenti ottici ed elettronici aggiuntivi come lenti, prismi e specchi direttamente accanto ai campioni . . I ricercatori prevedono che entro pochi anni l’intero campo degli esperimenti quantistici microscopici si sposterà da TEM a SEM.

Fonte della storia:

Materiali offerto da Università Friedrich Alexander di Erlangen-Norimberga. Nota: il contenuto può essere modificato in base allo stile e alla lunghezza.