Korekce sférické vady elektronových mikroskopů pomocí světla
Fokusační optické prvky, jako jsou čočky či zakřivená zrcadla, jsou zatíženy vadami (aberacemi), bez jejichž kompenzace by byl obraz získaný kamerou či mikroskopem nedokonalý a rozostřený. Základní vadou zobrazení je tzv. sférická vada. Pokud pozorujeme nějaký předmět lupou s vysokým zvětšením, předmět se jeví zakřivený. To je důsledkem závislosti ohniskové vzdálenosti na vzdálenosti paprsků od optické osy, kdy se paprsky u okraje čočky fokusují na kratší vzdálenosti než ty v jejím středu, což vede k zakřivení obrazu a zhoršení rozlišení.
Podobné vady jsou přítomné i v elektronových mikroskopech, které využívají proudu elektronů urychlených na vysokou energii k zobrazování vzorků s prostorovým rozlišením dovolujícím pozorovat jednotlivé atomy v materiálech. K tomu je ovšem nutné kompenzovat vady elektronových čoček pomocí složitých a drahých sestav multipólových elektronově-optických elementů, tvořících tzv. aberační korektory.
Týmu doc. Martina Kozáka z Katedry chemické fyziky a optiky se podařilo tyto korektory s mnoha elementy nahradit pomocí jediné interakce elektronů se speciálně tvarovaným laserovým svazkem.
„Ukázali jsme, že pokud je elektronový svazek procházející sestavou čoček s vadami zobrazení osvětlen ultrakrátkým laserovým pulzem se správným tvarem, je možné tyto vady kompenzovat,“ říká Marius Constantin Chirita Mihaila, první autor studie. „Tento proof-of-concept experiment demonstroval, že tento princip je možné využít v praxi v případě speciálně upravených elektronových mikroskopů s krátkými pulzy. Aplikace této metody pro klasické mikroskopy pracující s kontinuálními svazky elektronů bude předmětem našeho dalšího zkoumání,“ doplňuje
Studie je součástí projektu eWaveShaper, na který doc. Kozák získal v roce 2022 prestižní ERC Starting Grant. Cílem tohoto výzkumu je vývoj nových metod umožňujících ultrarychlou kontrolu a zobrazování pohybů elektronů v pevných látkách pomocí světla a pulzních elektronových svazků.
Chirita Mihaila, M.C., Koutenský, P., Moriová, K. et al. Light-based electron aberration corrector. Nat. Photon. (2025). https://doi.org/10.1038/s41566-025-01760-8Související:
Kvantová elektronika v křemíku a diamantu
Na Matfyz putují dva granty ERC
KCHFO
Matematicko-fyzikální fakulta UK
