A fotografia mede a quantidade de luz de cores diferentes que atinge o filme fotográfico. Contudo, a luz também é uma onda, e é, portanto, caracterizado pela fase. A fase especifica a posição de um ponto dentro do ciclo da onda e se correlaciona com a profundidade da informação, o que significa que registrar a fase da luz espalhada por um objeto pode recuperar sua forma 3D completa, que não pode ser obtido com uma simples fotografia. Esta é a base da holografia óptica, popularizado por hologramas sofisticados em filmes de ficção científica como Star Wars.

Mas o problema é que a resolução espacial da foto / holograma é limitada pelo comprimento de onda da luz, em torno ou logo abaixo de 1 μm (0,001 mm). Isso é bom para objetos macroscópicos, mas começa a falhar ao entrar no reino da nanotecnologia.

Agora, os pesquisadores do laboratório de Fabrizio Carbone na EPFL desenvolveram um método para ver como a luz se comporta na menor escala, muito além das limitações de comprimento de onda. Os pesquisadores usaram a mídia fotográfica mais incomum:a propagação livre de elétrons. Usado em seu microscópio eletrônico ultrarrápido, o método pode codificar informações quânticas em um padrão de luz holográfica preso em uma nanoestrutura, e é baseado em um aspecto exótico da interação elétron e luz.

Os cientistas usaram a natureza quântica da interação elétron-luz para separar os feixes de referência de elétrons e de imagens de elétrons na energia em vez do espaço. Isso agora torna possível usar pulsos de luz para criptografar informações sobre a função de onda do elétron, que pode ser mapeado com microscopia eletrônica de transmissão ultrarrápida.

O novo método pode nos fornecer dois benefícios importantes:Primeiro, informações sobre a própria luz, tornando-o uma ferramenta poderosa para a geração de imagens de campos eletromagnéticos com precisão de attossegundos e nanômetros no tempo e no espaço. Segundo, o método pode ser usado em aplicativos de computação quântica para manipular as propriedades quânticas dos elétrons livres.

"A holografia convencional pode extrair informações 3-D medindo a diferença na distância que a luz viaja de diferentes partes do objeto, "diz Carbone." Mas isso precisa de um feixe de referência adicional de uma direção diferente para medir a interferência entre os dois. O conceito é o mesmo com elétrons, mas agora podemos obter maior resolução espacial devido ao seu comprimento de onda muito mais curto. Por exemplo, fomos capazes de gravar filmes holográficos de objetos em movimento rápido usando pulsos de elétrons ultracurtos para formar os hologramas. "

Além dos cálculos quânticos, a técnica tem a maior resolução espacial em comparação com as alternativas, e pode mudar a maneira como pensamos sobre a luz na vida cotidiana. "Até aqui, ciência e tecnologia têm se limitado a propagar livremente fótons, usado em dispositivos ópticos macroscópicos, "diz Carbone." Nossa nova técnica nos permite ver o que acontece com a luz em nanoescala, o primeiro passo para a miniaturização e integração de dispositivos de luz em circuitos integrados. "