يك شكافنده‌ي پرتوي الكتروني كه به اندازه‌ي تراشه‌اي يك ميليمتري است مي‌تواند آزمايش‌هاي اپتيك كوانتومي را با الكترون‌هاي آزاد ممكن كند.

J. Hammer/FAU Erlangen 

اغلب شكافنده‌هاي پرتوي الكتروني electron beam splitter از طراحي ساده‌ي دهه‌ي 1950 پيروي مي‌كنند كه در آن يك رشته‌ي باردار مسير پرتوي الكترون‌ها را به دو بخش تقسيم مي‌كند. اكنون محققان تكنيك شكافت پرتوي ديگري را ابداع كرده‌اند كه از پتانسيل‌هاي الكتريكي ايجاد شده در بالاي تراشه‌هاي الكتروني بهره مي‌برد. با توسعه‌هاي آتي، اين شكافنده‌ي پرتو تداخل سنجي الكترون و ساير آزمايش‌هاي اپتيك كوانتومي را روي يك تك تراشه ميسر مي‌سازد.

شكافنده‌‌هاي پرتوي الكتروني فعلي در به اصطلاح هولوگرافي الكتروني كاربرد دارند كه در آن تصاوير ميكروسكوپي به كمك پرتوهاي الكترونيِ تداخل كننده ايجاد مي‌شوند. وقتي از الكترون‌هاي كم انرژي (10 تا 100 الكترون ولت) استفاده شود، روش جديد نسبت به ميكروسكوپ الكتروني معمولي صدمه‌ي كمتري به نمونه وارد مي‌كند. با اين وجود برخي آزمايش‌ها نيازمند پرتوهاي الكتروني با انرژي‌هاي باز هم پايين‌تر و يا مكانيسم‌هاي شكافت متفاوتي هستند كه الكترون‌ها را كمتر مختل كند.

جيكوب همِر Jakob Hammer و همكارانش در دانشگاه فردريش-الكساندر در ارلانگن آلمان، شكافنده‌ي پرتوي جديدي ساخته‌اند كه بازه‌اي از قابليت‌هاي جديد را فراهم مي‌آورد. اين وسيله توسعه‌هاي جديد در ساخت موجبر‌هاي الكتروني با پايه‌ي تراشه را تكميل مي‌كند. در اين موجبرها، الكترون‌ها با امواج ميكروي حاصل از الكترودهاي باريك و بلند موجود روي سطح تراشه هدايت مي‌شوند. در مورد شكافنده‌ي پرتو، الكترودها به گونه‌اي قرار مي‌گيرند كه موجبر به دو موجبر تقسيم يا «دو شاخه» مي‌شود. پژوهشگران با استفاده از تفنگ اكتروني (مانند انواع موجود در تلويزيون‌هاي قديمي)، الكترون‌ها را با انرژي‌اي در حدود 1 الكترون ولت به يك سر موجبر شليك كرده و، طبق انتظار، از سمت ديگر دو پرتوي خروجي دريافت كردند. به كمك شبيه سازي محققان نشان دادند كه چطور مي‌توان شكاف را باريكتر (مجزاتر) كرده و اجازه داد دو پرتوي خروجي با يكديگر همدوس‌تر باقي بمانند. به اين ترتيب مي‌توان يك ميكروسكوپ الكتروني كوانتومي داشت كه در آن مولكول‌هاي زيستيِ بسيار ظريف در يك شاخه‌ي تداخل‌سنج الكتروني قرار گرفته و بدون برهمكنش با حتي يك الكترون از آن‌ها تصويربرداري ‌شود.

اين تحقيق در Physical Review Letters به چاپ رسيده است. 

منبع

Chip-Size Beam Splitter for Electrons