Электронный луч — это поток мельчайших частиц, которые несут электрический заряд. Когда такой луч попадает в материал, он не только нагревает его или выбивает атомы, но и слегка толкает поверхность, как струя воды толкает ладонь. До сих пор этот толчок никто не мог измерить напрямую: он слишком слабый, в тысячи раз меньше веса пылинки.
Инженеры собрали датчик из крошечной пружинки с зеркальцем на конце. Электронный луч давит на зеркальце, пружинка сжимается на доли нанометра, а лазерный луч, отражённый от зеркальца, показывает этот сдвиг. Датчик откалибровали с помощью давления света — его силу знают точно, поэтому измерениям можно доверять.
Оказалось, что при энергии электронов от 2 до 30 килоэлектронвольт сила давления растёт с током луча и достигает пика около 10 килоэлектронвольт. Это как если бы струя воды сильнее всего толкала ладонь при определённой скорости, а не просто при большем напоре. Такое поведение связано с тем, как электроны проникают в материал и отдают ему свой импульс.
Измеренная сила позволила проверить, насколько электронный луч механически «продавливает» лёд при травлении микросхем. Вклад оказался крошечным — в миллионы раз меньше общей глубины выреза, и почти не зависит от энергии луча. Значит, лёд разрушается в основном химически, а не от удара.
Теперь, когда силу толчка можно измерить, инженеры смогут точнее управлять электронными лучами в производстве чипов, микроскопах и, возможно, в двигателях для космических зондов.
Сила давления электронного луча, измеренная в эксперименте, в 100 триллионов раз меньше силы, с которой комар садится на кожу.
В рассказе Артура Кларка «Солнечный ветер» гигантские паруса толкает свет, а здесь электронный луч толкает датчик — тот же принцип в наномасштабе.