Projektbeschreibung
Mit dynamisch modulierten Welleneigenschaften von Elektronen ein neues Elektronenmikroskopiezeitalter einläuten
Mit dem 1931 erfundenen Elektronenmikroskop konnten wir bereits die durch die Eigenschaften des sichtbaren Lichts bestehenden, einer höheren Auflösung im Wege stehenden Hindernisse überwinden. Bei ihm wurde die Wellennatur der Elektronen ausgenutzt, eine Entdeckung, die einige Jahre zuvor mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet worden war. Heute bietet sich durch Modifikationen der Elektronenwellenfunktion die Möglichkeit, die Leistung der Elektronenmikroskopie deutlich nach oben zu schrauben. Außerdem eröffnen sich Wege der Anwendung, bei denen die räumliche und zeitliche Auflösung sowie die Empfindlichkeit erweitert werden kann. Das EU-finanzierte Projekt SMART-electron läutet ein neues Zeitalter der Werkstoffforschung ein, in dem ultraschnelle elektromagnetische Felder zur intelligenten Modulation der Wellenfunktion freier Elektronen eingesetzt werden, um bahnbrechende Veränderungen der Möglichkeiten herbeizuführen.
Ziel
Addressing the grand-challenges that the world is facing nowadays in connection with ‘energy’, ‘information’ and ‘health’ requires the development of unconventional methods for unprecedented visualization of matter. SMART-electron aims at developing an innovative technological platform for designing, realizing and operating all-optical rapidly-programmable phase masks for electrons. By introducing a new paradigm where properly synthesized ultrafast electromagnetic fields will be used for engineering the phase space of a free-electron wave function, we will be able to achieve unprecedented space/time/energy/momentum shaping of electron matter waves, surpassing conventional passive monolithic schemes and revolutionizing the way materials are investigated in electron microscopy. Such unique high-speed, flexible and precise full-phase multidimensional control, will enable novel advanced imaging approaches in electron microscopy with enhanced features, such as higher image-resolution, lower electron dose, faster acquisition rate, higher signal-to-noise ratio, and three-dimensional image reconstruction, together with higher temporal resolution and high energy-momentum sensitivity. In SMART-electron, we will make such potential a reality by implementing for the first time three beyond-the-state-of-the-art imaging techniques enabled by our photonic-based electron modulators, namely: (1) Ramsey-type Holography, (2) Electron Single-Pixel Imaging, and (3) Quantum Cathodoluminescence. Such new approaches will lead to unprecedented visualization of many-body states in quantum materials, real-time electrochemical reactions, and spatio-temporal localization of biomimetic nanoparticles in cells for drug delivery. By surpassing the current paradigms in terms of electron manipulation, the project has the potential to drive electron microscopy into a new and exciting age where scientists will benefit from new tools with unprecedented performances that were unimaginable until now.
Wissenschaftliches Gebiet
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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H2020-FETOPEN-2018-2019-2020-01
Finanzierungsplan
RIA - Research and Innovation actionKoordinator
20126 MILANO
Italien