Фізики розробили фемтосекундну мікроскопію для електромагнітних полів

Фізики з Університету Людвіга Максиміліана розробили нову методику електронної мікроскопії, яка дозволяє побачити надшвидкі коливання електромагнітного поля. Вчені перевірили її, проаналізувавши зміни в електронному полі, які відбуваються при взаємодії метаматеріалів з видимим світлом. За словами авторів, новий метод мікроскопії дозволить побачити електродинамічні явища в мікромасштабі в будь-яких сучасних електронних пристроях. Дослідження опубліковано в журналі.

Методика заснована на коротких пучках електронів, за допомогою яких відбувається аналіз електромагнітного поля. Автори розробили спосіб генерації імпульсів, що складаються з декількох електронів і володіють тривалістю порядку фемтосекунд - в мільйон мільярдів разів коротше секунди. Тривалість пучків виявляється навіть коротшою, ніж час, за який хвиля світла здійснює повне коливання.

Відео не програється, бур'ян

За допомогою таких імпульсів фізики створили відеозапис того, як змінюються характеристики електромагнітного поля при взаємодії терагерцевого випромінювання (час коливання порядку стамільярдних часток секунди) з металевою антеною. Зокрема, метод дозволяв відстежувати, як коливаються вектори напруженості та індукції електричного і магнітних полів, отримуючи інформацію про їхню фазу, амплітуд і поляризацію.

У момент взаємодії хвилі з антенної електрони, розташовані на її поверхні, починають коливатися. Це породжує коливання електромагнітного поля в найближчій околиці антени - так званому ближньому полі. Електрони з фемтосекундних імпульсів відхилялися і розсіювалися на цьому електромагнітному полі. Вчені фіксували ці відхилення і на їх основі оцінювали стан полів.

Фізики припускають, що в майбутньому ця технологія дозволить побачити на мікроскопічному рівні те, як працюють транзистори і оптоелектронні перемикачі. Крім того, за словами авторів, нова мікроскопія допоможе в дизайні метаматеріалів з негативним коефіцієнтом заломлення. Методика дозволяє в точності дізнатися як антени матеріалу взаємодіють зі світлом.