A microscopia eletrônica permite que os pesquisadores visualizem objetos minúsculos, como vírus, as estruturas finas de dispositivos semicondutores e até átomos dispostos em uma superfície material. Concentrar o feixe de elétrons no tamanho de um átomo é vital para alcançar uma resolução espacial tão alta. No entanto, quando o feixe de elétrons passa por uma lente eletrostática ou magnética, os raios de elétrons exibem diferentes posições focais dependendo do ângulo de foco e o feixe se espalha no foco. Corrigir essa "aberração esférica" ​​é caro e complexo, o que significa que apenas alguns poucos cientistas e empresas possuem microscópios eletrônicos com resolução atômica.
Pesquisadores da Universidade de Tohoku propuseram um novo método para formar uma lente eletrônica que usa um campo de luz em vez dos campos eletrostáticos e magnéticos empregados nas lentes eletrônicas convencionais. Uma força ponderomotriz faz com que os elétrons que viajam no campo de luz sejam repelidos de regiões de alta intensidade óptica. Usando esse fenômeno, espera-se que um feixe de luz em forma de rosquinha colocado coaxialmente com um feixe de elétrons produza um efeito de lente no feixe de elétrons.

As pesquisas avaliaram teoricamente as características da lente eletrônica do campo de luz formada usando um feixe de luz típico em forma de rosquinha - conhecido como feixe de Bessel ou Laguerre-Gaussian. A partir daí, eles obtiveram uma fórmula simples para os coeficientes de distância focal e aberração esférica que lhes permitiu determinar rapidamente os parâmetros de orientação necessários para o projeto real da lente eletrônica.

As fórmulas demonstraram que a lente eletrônica do campo de luz gera uma aberração esférica "negativa" que se opõe à aberração das lentes eletrônicas eletrostáticas e magnéticas. A combinação da lente eletrônica convencional com uma aberração esférica "positiva" e uma lente eletrônica de campo de luz que compensa a aberração reduziu o tamanho dos feixes de elétrons à escala atômica. Isso significa que a lente eletrônica do campo de luz pode ser usada como um corretor de aberração esférica.

"A lente eletrônica de campo de luz tem características únicas não vistas em lentes eletrônicas eletrostáticas e magnéticas convencionais", diz Yuuki Uesugi, professor assistente do Instituto de Pesquisa Multidisciplinar de Materiais Avançados da Universidade de Tohoku e principal autor do estudo. "A realização do corretor de aberrações à base de luz reduzirá significativamente os custos de instalação de microscópios eletrônicos com resolução atômica, levando à sua ampla utilização em diversos campos científicos e industriais", acrescenta Uesugi.

O estudo foi publicado no Journal of Optics . Olhando para o futuro, Uesugi e seus colegas estão explorando formas de aplicação prática de microscópios eletrônicos de próxima geração usando a lente eletrônica de campo de luz. + Explorar mais

Visualização da origem das forças magnéticas por microscopia eletrônica de resolução atômica