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Quantum Ptychography: Single-Shot High-Resolution Imaging of 1-100 nm using Coherent EUV - X-ray Light with Quantum Properties

Description du projet

Une technique de balayage avancée pourrait faire la lumière sur les phénomènes quantiques dans la génération d’harmoniques élevées

La génération d’harmoniques élevées (HHG) produit des faisceaux brillants et cohérents dans l’ultraviolet extrême et les rayons X à des longueurs d’onde de 1 à 100 nm. Si la HHG permet de contrôler les propriétés de la lumière à l’échelle de l’attoseconde, les limites quantiques des interactions non linéaires demeurent floues. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet QUANTHOGRAPHY va s’attaquer à ces limites en faisant progresser la ptychographie, une technique d’imagerie sans lentille, dans de nouveaux régimes quantiques de génération de rayons X. La technique améliorée devrait permettre de reconstruire la phase quantique des harmoniques, ce qui aidera les chercheurs à étudier plus précisément les corrélations entre les électrons et la dynamique de l’attoseconde. À l’aide de sources ultraviolettes et de rayons X avancés, les chercheurs tenteront de franchir la barrière de la résolution de 10 nm en imagerie 2D et 3D et de développer une ptychographie plus rapide et sans balayage pour la nanoimagerie, la microscopie biomédicale et la métrologie des semi-conducteurs.

Objectif

The extreme nonlinear upconversion process of high harmonic generation produces bright, fully coherent EUV and X-ray beams at 1-100 nm wavelengths. Numerous theoretical and experimental breakthroughs have led to exquisite attosecond control of various classical and quantum properties of the light - excelling what is possible for visible and infrared lasers. However, a full understanding of the limits of the quantum nonlinear interactions in high harmonic generation is still lacking. In academia and industry, tabletop EUV technology based on high harmonic generation is already addressing grand challenges in nanomaterials science and metrology. Specifically, EUV ptychography - a lensless imaging technique - has demonstrated high-fidelity phase characterization of the high harmonic light, as well as achieved near-diffraction-limited imaging of complex systems, reaching record near-wavelength 10-20 nm spatial resolution. However, ptychography’s scanning modality and use of long-wavelength EUV light limit the tabletop high-resolution real-time applications. In this project, we address fundamental physics questions and technological challenges by performing ptychography in novel quantum regimes of X-ray generation. First, ptychography can enable reconstruction of the quantum phase of harmonics which will allow to quantify strong correlations of electrons and attosecond dynamics in multiply-charged plasmas. Experimental access to the phase space paves a way to attosecond electron correlation spectroscopy and may result in brighter X-ray generation, possibly extending the emission into the multi-keV regime. Second, using state-of-the-art EUV – X-ray sources driven by UV lasers, we aim to overcome the 10 nm resolution barrier in 2D - 3D imaging and enhance the phase contrast using structured quantum light. Finally, non-scanning ptychography will be developed with drastic speed improvement for nanoimaging, biomedical microscopy, and advanced semiconductor metrology.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global Fellowships

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2024-PF-01

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Coordinateur

TECHNISCHE UNIVERSITEIT DELFT
Contribution nette de l'UE
€ 432 467,52
Coût total
Aucune donnée

Partenaires (1)