Description du projet
La modulation dynamique des propriétés ondulatoires des électrons inaugure une nouvelle ère de la microscopie électronique
Le microscope électronique, inventé en 1931, nous a permis de surmonter les obstacles posés par les propriétés de la lumière visible, et d’atteindre une plus haute résolution. Il a exploité la nature ondulatoire des électrons, une découverte qui avait été récompensée par le prix Nobel de physique quelques années auparavant. Aujourd’hui, les modifications de la fonction d’onde des électrons permettent d’améliorer considérablement les performances de la microscopie électronique, en élargissant ses possibilités d’utilisation, sa résolution spatiale et temporelle et sa sensibilité. Le projet SMART-electron, financé par l’UE, ouvre une nouvelle ère dans le domaine de l’étude des matériaux en utilisant des champs électromagnétiques ultrarapides afin de moduler intelligemment les fonctions d’onde des électrons libres pour un changement radical en termes de capacités.
Objectif
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.
Champ scientifique
Mots‑clés
Programme(s)
Régime de financement
RIA - Research and Innovation actionCoordinateur
20126 MILANO
Italie