Andere Hologramme als Licht

Ja, Elektronenholographie ist möglich und ein spannendes, wachsendes Forschungsgebiet innerhalb der Starkfeldphysik. Der beste Weg, dies zu tun, ist die laserinduzierte Holographie, bei der Sie ein Molekül mit einem starken Laserfeld ionisieren und dann das Photoelektron zurück zum Ion treiben, um es erneut zu kollidieren. Die ersten Experimente untersuchten die Art und Weise, wie die Wellenfunktion am Molekülion gestreut wurde, um zu versuchen, seine Form zu rekonstruieren, ein Prinzip, das heute als laserinduzierte Elektronenbeugung bezeichnet wird.

Andererseits ist nun auch die laserinduzierte Elektronenholographie möglich. Hier ist die Elektronenwelle nun stabil genug, so dass die gestreute Wellenfunktion sichtbar mit dem nicht gestreuten Teil interferiert, und dies erzeugt ein kompliziertes Hologramm im Fernfeld-Photoelektronenspektrum. Der Traum hier ist, einfach ein Photoelektronenspektrum abzulesen und es wieder in Bildaspekte des Zielmoleküls umzuwandeln: die Positionen der Kerne, die elektronische Dichte und hoffentlich sogar das ionisierte Orbital selbst. Im Laufe der Entwicklung des Feldes ist klar geworden, dass dies eine ziemliche Herausforderung ist, da die Bewegung von Elektronen in starken Feldern sehr komplex sein kann, aber wir können zumindest TDSE-Simulationen durchführen, die zu den gemessenen Hologrammen passen. Die holografische Bildgebung von Molekülen ist noch weit entfernt.

Das Bild, das Sie daraus erhalten, sieht so aus:

wobei die Targets Edelgasatome sind, abgebildet in

Y. Huismans et al. Zeitaufgelöste Holographie mit Photoelektronen. Wissenschaft 331 Nr. 6013 (2011), S. 61 , hal-00553330 .

Eine schöne Rezension finden Sie unter

Atomare und molekulare Photoelektronenholographie in starken Laserfeldern. Xue-Bin Bian und André D. Bandrauk. Chinesisch J. Phys. 52 (2014) p. 569 .

Das allgemeine Prinzip der Holographie hat nichts besonders Quantenmechanisches. Es gibt zum Beispiel so etwas wie akustische Holographie, die vollständig durch klassische Welleninterferenz und -beugung erklärbar ist. Laser werden in der "traditionellen" optischen Holographie verwendet, weil sie eine Lichtquelle mit fester Frequenz bereitstellen.

Bei der akustischen Holographie wird das Schallfeld „abgebildet“, das von einem vibrierenden Objekt wie einem Automotor erzeugt wird. Bei der akustischen Holographie werden Messungen im "nahen Feld" einer Schallquelle durchgeführt (dh nahe genug, dass Interferenz und Beugung zwischen Schallwellen, die von verschiedenen Teilen des Objekts erzeugt werden, wichtig sind). Anstelle einer fotografischen Platte verwendet die akustische Holographie eine planare Anordnung von Mikrofonen, um die Größe und Phase des von der Quelle erzeugten Schallfelds bei einer bestimmten Frequenz abzutasten. Die Rekonstruktion des Schallfelds der Quelle aus den Daten erfolgt durch mathematische Rückausbreitung aus den auf dem Array gesammelten Daten.

Hier ist ein Link zu einem Artikel

das geht etwas detaillierter darauf ein, wie akustische Holographie funktioniert.

Ich kann Ihre spezifische Frage (Elektronenholographie) nicht kommentieren, da dies außerhalb meines Fachwissens liegt, aber wie Sie wahrscheinlich wissen, sind es die Welleneigenschaften der Elektronenausbreitung (de Broglie-Wellenlänge), die die Elektronenmikroskopie ermöglichen. Mit dem richtigen Aufbau zur Erfassung der Größe und Phase des Elektronenwellenfelds, das durch Streuung an einer ausgedehnten Quelle verursacht wird, sollte es also im Prinzip möglich sein, Elektronenholographie durchzuführen.

Ja, das kann (und wurde) mit Elektronen gemacht. Es ist eine gängige Methode, Wellenpakete freier Elektronen mit Bahndrehimpuls zu erzeugen. Menschen verwenden Holographie, um Lichtstrahlen mit einem orbitalen Drehimpuls zu erzeugen, der Strahl hat einen dunklen Fleck in der Mitte und eine interessante Phasenzirkulation um die dunkle innere Röhre herum. Und sie können identische Strahlen für Elektronen (mit einem dunklen Fleck in der Mitte und einer interessanten Phasenzirkulation um die dunkle innere Röhre herum) unter Verwendung identischer holografischer Techniken erzeugen. Die Beugungsgitter sehen genau gleich aus, wenn Sie versuchen, genau den gleichen Effekt zu erzielen. Außer dass der Abstand unterschiedlich ist, da die Wellenlänge unterschiedlich ist, um mit der De-Broglie-Wellenlänge der Elektronen übereinzustimmen.

Alles, was Sie tun müssen, ist, etwas Material so zu ätzen, dass es an einigen Stellen dünner ist als an anderen, sodass zwischen der Übertragung durch den geätzten Teil und der Übertragung durch den ungeätzten Teil eine Phasendifferenz besteht (Transmissionsbeugung). Die Holographie geht von einem kohärenten Strahl aus, also braucht man auch eine Elektronenoptik, um einen schönen Strahl zu bekommen, aber auch das ist bereits geschehen.