環形諧振器。作者：Yujia Yan（EPFL）
瑞士和德國的科學家利用整合光子學電路在晶片上引導光，實現了高效的電子束調製。這些實驗可能導致電子顯微鏡中全新的量子測量方案。
這個透射電子顯微鏡（TEM）可以用電子代替原子尺度上的分子結構光，併發生了革命性的變化材料科學結構生物學。在過去的十年裡，人們對將電子顯微鏡和光激發結合起來，例如試圖控制和操縱電子束光照。但是一個主要的挑戰是傳播中的電子與光子的弱相互作用。
在一項新的研究中，研究人員成功地證明了使用整合光子微諧振器的極為有效的電子束調製。這項研究由EPFL的Tobias J.Kippenberg教授和馬克斯·普朗克生物物理化學研究所和哥廷根大學的克勞斯·羅普斯教授領導，發表於自然.
通常由兩個非傳統的電子顯微學和非傳統的實驗室聯合起來形成的。超光導和低損耗的整合光環可以增強晶片上的光損耗。在Ropers小組進行的實驗中，電子束被引導穿過光子電路的光學近場，使電子與增強的光相互作用。然後，研究人員透過測量吸收或發射了數十到數百個光子能量的電子的能量來探測這種相互作用。這種光子晶片是由Kippenberg的小組設計的，它的建造方式使得微環諧振器中的光速與電子的速度完全匹配，從而大大增強了電子與光子之間的相互作用。
這項技術可以使電子束得到強烈的調製，而連續波鐳射器僅產生幾毫瓦的功率——這是由普通鐳射指標產生的功率水平。該方法大大簡化了電子束的光學控制，提高了效率，可在普通透射電子顯微鏡上無縫實現，使該方案具有更廣泛的適用性。
“以低損耗氮化矽為基礎的整合光子學電路已經取得了巨大的進步，並正在有力地推動著許多新興技術和基礎科學的進步，如鐳射雷達、電信和量子計算，現在證明是電子的一種新成分梁“操縱，”Kippenberg說。
實驗裝置，顯示了透射電子顯微鏡和氮化矽微諧振器用於演示電子-光子相互作用。圖片來源：Murat Sivis
“介面電子顯微術“光子學有可能獨特地將原子尺度成像與相干光譜學聯絡起來，”Ropers補充道對於未來，我們期望這將產生對微觀光激發的前所未有的理解和控制。"
研究人員計劃進一步擴大他們在量子光學和自由電子阿秒計量的新形式的方向上的合作。
氮化矽樣品是在EPFL的微米技術中心（CMi）開發的。實驗在哥廷根超快透射電子顯微鏡（UTEM）實驗室進行。
