보이지 않는 것 포착: 전자 운동을 얼어붙게 하는 혁신적 전자 현미경 등장

Seoul애리조나 대학교의 과학자들이 세계에서 가장 빠른 전자 현미경을 개발했습니다. 이 새로운 현미경은 전자가 이동하는 동안 그 모습을 포착할 수 있습니다. 전자는 매우 빠르게 움직이기 때문에, 이를 실시간으로 관찰할 수 있는 것은 큰 돌파구입니다. 이 기술은 물리학, 화학, 재료과학 등 여러 연구 분야에 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.

이 새로운 현미경의 주요 특징은 다음과 같습니다:

• 단일 아토초 전자 펄스 생성
• 향상된 시간 해상도
• 펌프 펄스와 광 게이팅 펄스의 동기화

전통적인 전자 현미경은 강력하지만 전자의 빠른 움직임을 포착하는 데 한계가 있었습니다. 2000년대에 초고속 전자 현미경이 도입되어 빠른 전자 펄스를 사용하여 이 문제를 개선했습니다. 그러나 이러한 현미경은 일련의 펄스만 생성할 수 있었기 때문에, 펄스 사이에서 일어나는 중요한 변화를 놓치기 일쑤였습니다.

U of A 연구진이 개발한 새로운 현미경은 매우 빠른 전자 펄스를 생성하며, 그 시간은 불과 1초의 1조분의 1인 아토초에 해당합니다. 이 짧은 펄스를 통해 전자를 정지시켜 선명한 이미지를 얻을 수 있습니다.

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과학자들은 강력한 레이저를 세 부분으로 나눕니다: 빠른 전자 펄스와 두 개의 매우 짧은 빛 펄스. 첫 번째 빛 펄스는 펌프 펄스라 불리며, 샘플에 에너지를 공급하여 전자의 변화를 일으킵니다. 두 번째 빛 펄스는 옵티컬 게이팅 펄스라 불리며, 매우 빠른 단일 전자 펄스를 생성할 수 있는 짧은 순간을 만듭니다. 이 펄스를 조정하여 연구자들은 전자 펄스가 샘플을 정확한 시점에 조사하도록 보장합니다.

피에르 아고스티니, 페렌츠 크라우스, 앤 르위에의 연구에 기반하여, 아타초 단위로 측정 가능한 최초의 매우 짧은 자외선 방사 펄스를 개발한 이들의 업적을 토대로, 애리조나 대학교 팀은 이제 전자 현미경의 시간 정밀도를 비할 데 없는 수준으로 향상시켰습니다.

이 기술 발전은 광범위한 영향을 미칩니다. 물리학자들은 이를 통해 양자 행동과 전자가 다양한 물질에서 어떻게 움직이는지를 새롭게 연구할 수 있습니다. 화학자들은 화학 반응을 가장 기본적인 수준에서 관찰할 수 있게 되어, 반응 메커니즘과 더 나은 촉매 설계에 대한 새로운 발견으로 이어질 수 있습니다. 생명공학 분야에서는 전자 이동을 관찰할 수 있어 소재와 생체분자 공학에 관한 새로운 아이디어가 나올 수 있습니다. 재료 과학자들은 첨단 재료의 성질과 거동에 대한 이해를 향상시켜 더 강하고 효율적인 물질을 만들 수 있게 됩니다.

과학자들이 이전에는 볼 수 없었던 원자 수준의 세부 사항을 관찰할 수 있게 해주는 이 기술은 기초 연구에 도움을 줄 뿐만 아니라 다양한 과학 및 산업 분야에서 새로운 실용적 활용을 가능하게 합니다.