Resultados de los cálculos de trayectoria electrónica. Se corrigió una lente de objetivo de electrones con una aberración esférica de 1 nanómetro usando una lente electrónica de campo de luz con la aberración esférica negativa. El radio del haz en el foco (z =0) se redujo de 1 nm a la escala atómica de 0,3 nm. Crédito:Yuuki Uesugi y otros.
La microscopía electrónica permite a los investigadores visualizar objetos diminutos como virus, las estructuras finas de los dispositivos semiconductores e incluso átomos dispuestos en una superficie material. Enfocar el haz de electrones al tamaño de un átomo es vital para lograr una resolución espacial tan alta. Sin embargo, cuando el haz de electrones pasa a través de una lente electrostática o magnética, los rayos de electrones exhiben diferentes posiciones focales según el ángulo de enfoque y el haz se dispersa en el foco. Corregir esta "aberración esférica" es costoso y complejo, lo que significa que solo unos pocos científicos y empresas selectas poseen microscopios electrónicos con resolución atómica.
Investigadores de la Universidad de Tohoku han propuesto un nuevo método para formar una lente electrónica que utiliza un campo de luz en lugar de los campos electrostático y magnético empleados en las lentes electrónicas convencionales. Una fuerza ponderomotriz hace que los electrones que viajan en el campo de luz sean repelidos desde regiones de alta intensidad óptica. Usando este fenómeno, se espera que un haz de luz en forma de rosquilla colocado coaxialmente con un haz de electrones produzca un efecto de lente en el haz de electrones.
Los investigadores evaluaron teóricamente las características de la lente de electrones de campo de luz formada utilizando un haz de luz típico en forma de rosquilla, conocido como haz de Bessel o Laguerre-Gaussian. A partir de ahí, obtuvieron una fórmula simple para la distancia focal y los coeficientes de aberración esférica que les permitió determinar rápidamente los parámetros de guía necesarios para el diseño real de lentes de electrones.
Las fórmulas demostraron que la lente electrónica de campo de luz genera una aberración esférica "negativa" que se opone a la aberración de las lentes electrónicas electrostáticas y magnéticas. La combinación de la lente de electrones convencional con una aberración esférica "positiva" y una lente de electrones de campo de luz que compensa la aberración redujo el tamaño de los haces de electrones a la escala atómica. Esto significa que la lente de electrones de campo de luz podría usarse como un corrector de aberración esférica.
"La lente de electrones de campo de luz tiene características únicas que no se ven en las lentes de electrones electrostáticos y magnéticos convencionales", dice Yuuki Uesugi, profesor asistente en el Instituto de Investigación Multidisciplinaria de Materiales Avanzados de la Universidad de Tohoku y autor principal del estudio. "La realización del corrector de aberraciones basado en la luz reducirá significativamente los costos de instalación de microscopios electrónicos con resolución atómica, lo que conducirá a su uso generalizado en diversos campos científicos e industriales", agrega Uesugi.
Su estudio se publica en Journal of Optics . Mirando hacia el futuro, Uesugi y sus colegas están explorando formas para la aplicación práctica de los microscopios electrónicos de próxima generación utilizando la lente electrónica de campo de luz. Visualización del origen de las fuerzas magnéticas mediante microscopía electrónica de resolución atómica
