Исследователи из Констанцского университета совершили прорыв в области электронной оптики и квантовой механики. Согласно фундаментальным законам физики, электроны ведут себя не только как твердые частицы, но и как волны материи. Если придать такой волне спиральную форму, то электронный пучок приобретает орбитальный угловой момент, то есть начинает закручиваться вокруг продольной оси своего движения.
Подобные «вихревые» электроны критически важны для современной науки: они позволяют изучать тонкую магнитную структуру материалов на атомном уровне. Однако до сих пор у ученых не было инструментов, чтобы мгновенно изменять направление или скорость этого вращения непосредственно в процессе эксперимента.
Для решения этой задачи авторы новой работы использовали сверхкороткие лазерные импульсы. Физики направили два пересекающихся лазерных луча на тончайшую мембрану из кремния внутри электронного микроскопа. В точке пересечения световых волн возникли оптические силы, которые бесконтактно передали пучку летящих свободных электронов мощный крутящий момент.
Эксперимент показал, что направление вращения квантовой волны электрона можно кардинально изменить (например, перенаправить по часовой стрелке или против нее) за несколько фемтосекунд. Фемтосекунда (фс) — это одна квадриллионная часть секунды, за которую свет успевает пройти расстояние, сопоставимое с размером молекулы воды.
Новый метод впервые позволил модулировать квантовые свойства материи прямо во времени, а не только в пространстве. Точность контроля над угловым моментом пучка возросла сразу в несколько раз.
Разработка найдет прямое применение в создании сверхбыстрых электронных микроскопов нового поколения. С их помощью ученые смогут снимать «кино» о жизни микромира в реальном времени, отслеживая динамику магнитных полей в процессорах электроники, движение отдельных атомов и фазовые переходы в перспективных материалах для квантовых компьютеров.
Читать далее:
Обложка:
The post appeared first on .