La fotografía mide cuánta luz de diferentes colores incide en la película fotográfica. Sin embargo, la luz también es una onda, y por tanto se caracteriza por la fase. Phase especifica la posición de un punto dentro del ciclo de onda y se correlaciona con la profundidad de la información, lo que significa que el registro de la fase de la luz dispersada por un objeto puede recuperar su forma tridimensional completa, que no se puede obtener con una simple fotografía. Esta es la base de la holografía óptica, popularizado por elegantes hologramas en películas de ciencia ficción como Star Wars.

Pero el problema es que la resolución espacial de la foto / holograma está limitada por la longitud de onda de la luz, alrededor o justo por debajo de 1 μm (0,001 mm). Eso está bien para objetos macroscópicos, pero empieza a fallar al entrar en el ámbito de la nanotecnología.

Ahora, los investigadores del laboratorio de Fabrizio Carbone en EPFL han desarrollado un método para ver cómo se comporta la luz en la escala más pequeña, mucho más allá de las limitaciones de longitud de onda. Los investigadores utilizaron los medios fotográficos más inusuales:electrones que se propagan libremente. Utilizado en su microscopio electrónico ultrarrápido, el método puede codificar información cuántica en un patrón de luz holográfica atrapado en una nanoestructura, y se basa en un aspecto exótico de la interacción entre electrones y luz.

Los científicos utilizaron la naturaleza cuántica de la interacción electrón-luz para separar los haces de referencia de electrones y de generación de imágenes de electrones en energía en lugar de espacio. Esto hace que ahora sea posible utilizar pulsos de luz para cifrar información sobre la función de onda de electrones, que se puede mapear con microscopía electrónica de transmisión ultrarrápida.

El nuevo método puede brindarnos dos importantes beneficios:Primero, información sobre la luz misma, lo que lo convierte en una poderosa herramienta para obtener imágenes de campos electromagnéticos con precisión de attosegundos y nanómetros en el tiempo y el espacio. Segundo, el método se puede utilizar en aplicaciones de computación cuántica para manipular las propiedades cuánticas de los electrones libres.

"La holografía convencional puede extraer información en 3-D midiendo la diferencia en la distancia que recorre la luz desde diferentes partes del objeto, "dice Carbone." Pero esto necesita un haz de referencia adicional desde una dirección diferente para medir la interferencia entre los dos. El concepto es el mismo con los electrones, pero ahora podemos obtener una resolución espacial más alta debido a su longitud de onda mucho más corta. Por ejemplo, pudimos grabar películas holográficas de objetos que se movían rápidamente usando pulsos de electrones ultracortos para formar los hologramas ".

Más allá de los cálculos cuánticos, la técnica tiene la resolución espacial más alta en comparación con las alternativas, y podría cambiar la forma en que pensamos sobre la luz en la vida cotidiana. "Hasta aquí, la ciencia y la tecnología se han limitado a la propagación libre de fotones, utilizado en dispositivos ópticos macroscópicos, "dice Carbone." Nuestra nueva técnica nos permite ver lo que sucede con la luz a nanoescala, el primer paso para la miniaturización e integración de dispositivos de luz en circuitos integrados ".