Физики из Университета Людвига Максимилиана разработали новую методику электронной микроскопии, которая позволяет увидеть сверхбыстрые колебания электромагнитного поля. Ученые проверили ее, проанализировав изменения в электронном поле, которые происходят при взаимодействии метаматериалов с видимым светом. По словам авторов, новый метод микроскопии позволит увидеть электродинамические явления в микромасштабе в любых современных электронных устройствах. Исследование опубликовано в журнале Science.

Методика основана на коротких пучках электронов, с помощью которых происходит анализ электромагнитного поля. Авторы разработали способ генерации импульсов, состоящих из нескольких электронов и обладающих длительностью порядка фемтосекунд — в миллион миллиардов раз короче секунды. Длительность пучков оказывается даже короче, чем время, за которое волна света совершает полное колебание.

Электромагнитное поле вокруг антенны, возникшее после возбуждения терагерцовым излучением. Dr. Peter Baum

С помощью таких импульсов физики создали видеозапись того, как меняются характеристики электромагнитного поля при взаимодействии терагерцового излучения (время колебания порядка стамиллиардных долей секунды) с металлической антенной. В частности, метод позволял отслеживать, как колеблются векторы напряженности и индукции электрического и магнитных полей, получая информацию об их фазе, амплитуде и поляризации.

В момент взаимодействия волны с антенной электроны, расположенные на ее поверхности,начинают колебаться. Это порождает колебания электромагнитного поля в ближайшей окрестности антенны — так называемом ближнем поле. Налетающие  электроны из фемтосекундных импульсов отклонялись и рассеивались на этом электромагнитном поле. Ученые фиксировали эти отклонения и на их основе оценивали состояние полей.

Физики предполагают, что в будущем эта технология позволит увидеть на микроскопическом уровне то, как работают транзисторы и оптоэлектронные переключатели. Кроме того, по словам авторов, новая микроскопия поможет в дизайне метаматериалов с отрицательным коэффициентом преломления. Методика позволяет в точности узнать как антенны материала взаимодействуют со светом.

Автор: **Владимир Королёв*