Elektronenmicroscoop toont de lichtsignalen in computerchips

Een nieuwe vorm van microscopie brengt niet alleen het voorwerp zelf in beeld, maar ook het licht dat zich erin voortplant. Dat is van belang voor het bestuderen van componenten op computerchips, die steeds vaker lichtsignalen in plaats van elektrische signalen verwerken. De microscoop werkt met een combinatie van elektronen en licht en kan daarmee niet alleen heel klein, maar ook heel snel kijken (Nature, 17 december).

Een ‘klassieke’ elektronenmicroscoop richt een bundel elektronen op een voorwerp. Met de elektronen die van alle kanten terugkaatsen, kun je een beeld vastleggen, net zoals voorwerpen zichtbaar worden als ze invallend licht weerkaatsten. Omdat de golflengte van elektronen veel kleiner is dan die van licht, kun je er ook heel klein mee kijken, onder gunstige omstandigheden zelfs bijna tot op het niveau van atomen.

Ahmed Zewail en zijn groep aan het California Institute of Technology hebben de mogelijkheden van de elektronenmicroscoop weten uit te breiden. Daartoe maakten ze gebruik van ultrakorte laserpulsen. Ze schoten deze op nanobuisjes, die dienden als testobject. Zodra de buisjes geraakt waren door de lichtpulsen, schoten de onderzoekers er een pakketje elektronen op af, om net als in een elektronenmicroscoop een afbeelding vast te leggen. Die elektronen worden in dit geval echter niet alleen teruggekaatst, maar nemen ook wat (licht)energie uit het buisje op. Door nu de afbeelding te maken met behulp van uitsluitend die elektronen die licht hebben geabsorbeerd, ontstaat een beeld van de verdeling van het licht, of preciezer: van het elektromagnetische veld aan het oppervlak van het buisje. En door de tijd tussen het binnenkomen van de laserpuls en van de elektronen te variëren, kregen Zewail en zijn medewerkers zelfs inzicht in de snelheid waarmee dat licht binnenkomt en weer verdwijnt. De techniek werkt, dat is zo aangetoond. Maar omdat de processen in optische componenten op een chip zich voltrekken in minder dan een picoseconde (een miljoenste van een miljoenste seconde), moeten de lichtflitsen nog wel wat sneller worden. Rob van den Berg

    • Rob van den Berg