The Governors of the University of Alberta

Objet publié

Le développement de la microscopie électronique à transmission (TEM) évolue rapidement vers de nouveaux dispositifs capables de préparer, manipuler, intriquer et capter les électrons un à la fois. L’une des principales raisons pour mettre au point des méthodes et instruments améliorés par la technologie quantique (QTEM) est le besoin d’analyser des biomolécules individuelles au-delà de la limite de bruit quantique gaussien fixée par l’endommagement des molécules par les rayonnements. Au bout du compte, une cryo-TEM de biomolécules améliorées par la technologie quantique est nécessaire pour concevoir les substances thérapeutiques ciblées, et révéler les interactions sous-jacentes de type protéine-protéine et protéine-ARN/ADN. Le projet, baptisé « détection améliorée par la technologie quantique en microscopie électronique à transmission », ou QuanTEM (phase I), permettra de développer les connaissances et les instruments nécessaires à la réalisation d’un QTEM ultrarapide. Cette collaboration placera l’UA et le CNRC à l’avant-garde de cette discipline naissante et en croissance rapide qu’est le QTEM. Le projet mise sur des travaux reconnus à l’échelle internationale en microscopie électronique à transmission ultrarapide dans la bande de térahertz (THz-UTEM) et en nanophotonique sur diamant (ND), deux domaines bénéficiant de l’appui de l’initiative en nanotechnologie CNRC-UA, et de celui de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG) et d’Alberta Innovates. Le projet QuanTEM (phase I) aura pour résultat le développement des méthodes et des dispositifs requis pour générer, manipuler et détecter des impulsions d’un seul électron. En parallèle, l’équipe du projet effectuera de la recherche sur les effets de la dispersion neutronique inélastique dans le QTEM. À plus long terme, l’équipe du projet envisage de pousser plus loin le projet QuanTEM (phase II) afin de démontrer l’existence d’une source sous-poissonnienne d’électrons uniques et d’un enchevêtrement d’électrons et de photons. Le recours à de tels enchevêtrements facilite l’extraction d’information sur les échantillons microscopiques à des résolutions supérieure à la limite de bruit quantique gaussien. Au moment opportun, cela permettra par exemple d’étudier des biomolécules qui ne peuvent être préparées en grand nombre, ce qui les rend inutilisables à des fins d’analyse par rayon X ou par résonance magnétique nucléaire (RMN). Le projet QuanTEM générera les outils et les méthodes nécessaires au QTEM. La phase I du projet décrite dans la présente proposition porte sur les connaissances et les techniques requises pour faciliter les interactions électrons-photons dans une TEM. Cela sera accompli en partie en développant des appareils optiques électroniques personnalisés, des dispositifs de déclenchement ultrarapide d’impulsions à électron unique et des dispositifs nanométriques nécessaires à la réalisation de telles interactions, y compris des structures micromécaniques, plasmoniques et optomécaniques. Une bonne partie des travaux sera exécutée dans la colonne NanoMi UTEM du laboratoire de nano-outils ultrarapides de l’UA. Toutefois, un des hauts faits du projet QuanTEM est le don par RIKEN (Japon) d’un microscope électronique par transmission pour développer le QTEM au Centre de recherche sur la quantique et le numérique du CNRC. De plus, un système d’amplificateur laser à la femtoseconde sera fourni par l’UA et sera installé directement à côté de la colonne TEM donnée au laboratoire. Ces contributions en nature importantes dans le cadre du projet QuanTEM rehausseront grandement le profil du projet et faciliteront sa promotion et le recrutement de collaborateurs internationaux.