了解材料如何吸收纳米尺度的光对于光子学或量子光学的应用至关重要。通过在电子显微镜中以迄今为止无与伦比的精度叠加激光束和电子束，科学家们能够以非常高的精度研究玻璃和聚苯乙烯微珠的吸收。
纳米材料的光学特性密切依赖于其尺寸和形状的细节，并且可以在纳米尺度上变化。这使得用传统的光显微镜难以研究它们。使用扫描透射电子显微镜（STEM），可以实现原子空间分辨率来对材料结构进行成像。
使用电子能量损失光谱 (EELS)，可以以十纳米量级的空间分辨率并行研究光学特性。然而，EELS 的光谱分辨率有限，对于光子系统的研究来说太低了十到一千倍。使用激光很容易获得这样的光谱分辨率，但不幸的是空间分辨率不足。固体物理实验室（ LPS、法国国家科学研究中心/巴黎萨克雷大学
）与西班牙和巴西团队 合作开发了一种注入系统STEM 中的光（图 1a），他将其应用于最新一代单色电子显微镜（CHROMATEM）。该系统的精度使得能够优化 STEM 中的激光注入，从而获得几百 µeV 的光谱分辨率。这样做，大大超出了 STEM-EELS 系统设计者本身预测的技术极限（几兆电子伏的数量级）！
作为一项应用，科学家们研究了尺寸在 1 至 8 µm 之间的二氧化硅和聚苯乙烯微珠。在这些珠子中，光通过内部反射捕获（图 1a，插图），产生沿圆周传播的模式，称为画廊模式。由此形成的模式具有非常长的寿命，因为它们无法逃离球，并且理论上它们的半高宽度约为几 µeV（与 EELS 中可达到的几 meV 相比）。不幸的是，向其中注入光也相应地非常困难。
高数值孔径镜 的非常精确的定位（在空间三个方向上几百纳米）允许将激光束最佳地注入到球体中，从而产生电场在它们的表面上消失。后者加速位于球体边缘的快速电子束（大约光速的一半）。通过以大约 10 µeV 的精度改变激光能量，可以激发这些模式，加速更多的电子，因为该能量接近画廊模式的能量（图 1b）。由此形成的能量增益谱已经可以在所使用的加速电压下以超过 EELS 分辨率两个数量级的分辨率来解析模式，并且将最佳EELS 分辨率提高一个数量级，但从未报道过（图 1c）。
这对于量子光学和光子学领域的各种应用特别令人感兴趣。此外，这项技术还可以开拓许多其他研究领域，例如半导体物理、红外光谱或量子光学，并且需要新的理论发展来理解其所有方面。该工作发表在《自然通讯》上。
