Физики разработали фемтосекундную микроскопию для электромагнитных полей
Физики из Университета Людвига Максимилиана разработали новую методику электронной микроскопии, которая позволяет увидеть сверхбыстрые колебания электромагнитного поля. Ученые проверили ее, проанализировав изменения в электронном поле, которые происходят при взаимодействии метаматериалов с видимым светом. По словам авторов, новый метод микроскопии позволит увидеть электродинамические явления в микромасштабе в любых современных электронных устройствах. Исследование опубликовано в журнале Science.
Методика основана на коротких пучках электронов, с помощью которых происходит анализ электромагнитного поля. Авторы разработали способ генерации импульсов, состоящих из нескольких электронов и обладающих длительностью порядка фемтосекунд — в миллион миллиардов раз короче секунды. Длительность пучков оказывается даже короче, чем время, за которое волна света совершает полное колебание.
Видеозапись колебаний, сгенерированная авторами. Сторона квадрата равна 460 микрометрам.
С помощью таких импульсов физики создали видеозапись того, как меняются характеристики электромагнитного поля при взаимодействии терагерцового излучения (время колебания порядка стамиллиардных долей секунды) с металлической антенной. В частности, метод позволял отслеживать, как колеблются векторы напряженности и индукции электрического и магнитных полей, получая информацию об их фазе, амплитуде и поляризации.
В момент взаимодействия волны с антенной электроны, расположенные на ее поверхности, начинают колебаться. Это порождает колебания электромагнитного поля в ближайшей окрестности антенны — так называемом ближнем поле. Налетающие электроны из фемтосекундных импульсов отклонялись и рассеивались на этом электромагнитном поле. Ученые фиксировали эти отклонения и на их основе оценивали состояние полей.
Физики предполагают, что в будущем эта технология позволит увидеть на микроскопическом уровне то, как работают транзисторы и оптоэлектронные переключатели. Кроме того, по словам авторов, новая микроскопия поможет в дизайне метаматериалов с отрицательным коэффициентом преломления. Методика позволяет в точности узнать как антенны материала взаимодействуют со светом.
Владимир Королёв
Узнайте, как число ученых зависит от финансирования
В России сегодня отмечают День науки, но тех, кого нужно поздравлять с этим праздником, все меньше и меньше — с 2000 года занятых в науке стало меньше почти на 180 тысяч человек, и сегодня исследованиями и разработками в стране занимаются чуть более 700 тысяч человек. Последние годы затраты на науку в России оставались на уровне 1—1,1 процента ВВП. Это существенно меньше, чем расходы других развитых стран, скажем, Израиль тратит на науку 4,3 процента ВВП, Германия — 2,9 процента, США — 2,7 процента.Мы предлагаем вам попробовать себя в роли доброго (или злого) волшебника: выберите, какую долю ВВП России вы согласны потратить на науку, и наш калькулятор предскажет, сколько в этом случае будет ученых в нашей стране. А если вы хотите узнать, как это делают социологи, читайте этот блог.