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Un equipo de investigadores suizos y alemanes ha demostrado la creación de estados de pares de electrones y fotones utilizando circuitos fotónicos integrados en un chip.
La nueva técnica desarrollada por los investigadores podría permitir la microscopía electrónica mejorada cuántica y agregar electrones libres a la caja de herramientas de la tecnología cuántica. El estudio demuestra una nueva técnica para generar pares de fotones libres de electrones/resonadores utilizando chips fotónicos integrados en un microscopio electrónico.
Un haz de un microscopio electrónico pasa a través de un chip fotónico integrado que tiene un resonador de microanillo y puertos de salida de fibra óptica. El equipo utilizó estructuras fotónicas fabricadas en EPFL para experimentos TEM. Cuando un electrón interactúa con el campo de vacío del resonador de anillo, evoluciona a un estado de par electrón-fotón.
De acuerdo con las leyes de conservación de la energía y el momento, el electrón pierde el cuanto de energía de un fotón cuando se crea un fotón. Con un método de medición recientemente desarrollado, los investigadores pudieron registrar tanto la energía de los electrones como la cantidad de fotones generados al mismo tiempo. Los resultados revelaron los estados subyacentes del par electrón-fotón.
Dejando de lado la observación, estos resultados implementan un concepto novedoso de generar un solo electrón o fotón. La medición del estado del par permite la provisión de fuentes de partículas donde la detección de una partícula indica la creación de la otra. Este es uno de los requisitos previos para muchas aplicaciones en tecnología cuántica y nuevas cajas de herramientas.
“El método abre nuevas y fascinantes posibilidades en microscopía electrónica. En la óptica cuántica, los pares de fotones entrelazados ya mejoran la imagen. Con nuestro trabajo, estos conceptos ahora se pueden explorar con electrones”, dijo el director de Max Planck, Claus Ropers.
Un desafío particular para la tecnología cuántica del futuro es la conexión de diferentes sistemas físicos. Esta investigación contribuye al campo emergente de la óptica cuántica de electrones libres. Demuestra una poderosa plataforma experimental para espectroscopia de electrones impulsada por fotones e imágenes.
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