Capturer l'invisible : le microscope révolutionnaire qui fige les électrons en mouvement

ParisDes chercheurs de l'Université d'Arizona ont mis au point le microscope électronique le plus rapide au monde. Cet appareil révolutionnaire permet de capturer des images des électrons en mouvement. Comme les électrons se déplacent à une vitesse fulgurante, pouvoir les observer en temps réel représente une avancée majeure. Cette technologie promet de transformer de nombreux domaines de recherche, notamment la physique, la chimie et la science des matériaux.

Les caractéristiques principales de ce nouveau microscope sont :

• Génération de pulses électroniques en attoseconde simple
• Résolution temporelle améliorée
• Synchronisation des pulses de pompage et de gâchette optique

Les microscopes électroniques traditionnels sont puissants mais incapables de capturer le mouvement rapide des électrons. Dans les années 2000, les microscopes à électrons ultrarapides ont été introduits pour améliorer cela en utilisant des rafales rapides d'électrons. Cependant, ces microscopes ne pouvaient créer qu'une série d'impulsions et rataient souvent des changements importants se produisant entre ces rafales.

Le nouveau microscope développé par les chercheurs de l'Université de l'Alberta génère une impulsion d'électrons extrêmement rapide, durant seulement une attoseconde, soit un quintillionième de seconde. Cette brève impulsion permet de stabiliser un électron pour obtenir une image nette.

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Des scientifiques ont divisé un laser puissant en trois parties : une impulsion électronique rapide et deux impulsions lumineuses très brèves. La première impulsion lumineuse, appelée impulsion de pompage, apporte de l’énergie à l’échantillon, provoquant des changements dans les électrons. La deuxième impulsion lumineuse, appelée impulsion de porte optique, aide à créer un bref instant pour générer une impulsion électronique unique très rapide. En coordonnant ces impulsions, les chercheurs s'assurent que l’impulsion électronique examine l’échantillon au moment précis.

S'appuyant sur les travaux de Pierre Agostini, Ferenc Krausz et Anne L'Huillier, qui ont mis au point la première impulsion de radiation ultraviolette extrêmement courte mesurable en attosecondes, l'équipe de l'Université d'Arizona a désormais amélioré la précision temporelle de la microscopie électronique à un niveau inégalé.

Cette avancée technologique a des répercussions considérables. Pour les physiciens, elle offre de nouvelles manières d'étudier les comportements quantiques et le déplacement des électrons dans divers matériaux. Les chimistes peuvent désormais observer les réactions chimiques à un niveau fondamental, ce qui pourrait engendrer de nouvelles découvertes sur le fonctionnement des réactions et la conception de meilleurs catalyseurs. En bioingénierie, la capacité de visualiser les mouvements des électrons pourrait mener à des innovations en génie des matériaux et en ingénierie biomoléculaire. Les scientifiques spécialisés dans les matériaux comprendront mieux les propriétés et comportements des matériaux avancés, facilitant la création de substances plus solides et efficaces.

Cette technologie permet aux scientifiques de voir des détails à l'échelle atomique qu'ils ne pouvaient jamais observer auparavant. Elle favorise la recherche fondamentale et ouvre également la porte à de nouvelles applications pratiques dans divers domaines scientifiques et industriels.