Przechwytywanie niewidzialnego: nowy mikroskop rewolucyjnie śledzi ruch elektronów z niespotykaną precyzją.

WarsawNaukowcy z Uniwersytetu Arizony stworzyli najszybszy mikroskop elektronowy na świecie. Ten nowy mikroskop potrafi wykonywać zdjęcia elektronów w trakcie ich ruchu. Ponieważ elektrony poruszają się bardzo szybko, możliwość obserwacji ich w czasie rzeczywistym stanowi ogromny przełom. Oczekuje się, że ta technologia zmieni wiele dziedzin nauki, takich jak fizyka, chemia i nauka o materiałach.

Nowe urządzenie mikroskopowe charakteryzuje się kilkoma kluczowymi cechami:

• Generowanie pojedynczych impulsów elektronowych w attosekundach
• Ulepszona rozdzielczość czasowa
• Synchronizacja impulsów pompujących i optycznego bramkowania

Tradycyjne mikroskopy elektronowe są potężne, ale nie były w stanie uchwycić szybkiego ruchu elektronów. W latach 2000-tych wprowadzono mikroskopy elektronowe z ultrakrótkim czasem działania, które poprawiono dzięki wykorzystaniu szybkich impulsów elektronów. Jednak te mikroskopy mogły jedynie tworzyć serię impulsów i często pomijały ważne zmiany zachodzące pomiędzy tymi impulsami.

Nowy mikroskop stworzony przez badaczy z Uniwersytetu Alberta generuje błyskawiczny impuls elektronowy, trwający zaledwie attosekundę, czyli jedną kwintylionową część sekundy. Tak krótki impuls umożliwia zatrzymanie elektronu w miejscu, co pozwala uzyskać wyraźny obraz.

Zobacz również:

Dzisiaj · 03:23

Nowe podejście do choroby Alzheimera: odkrycia dotyczące mechanizmów i potencjalnych terapii

Naukowcy podzielili silny laser na trzy części: szybki impuls elektronowy i dwa bardzo krótkie impulsy świetlne. Pierwszy impuls świetlny, zwany impulsem pompującym, dostarcza energię próbce, co powoduje zmiany w elektronach. Drugi impuls świetlny, określany jako impuls bramkujący optycznie, pomaga stworzyć krótką chwilę do wygenerowania pojedynczego, bardzo szybkiego impulsu elektronowego. Dzięki synchronizacji tych impulsów, badacze zapewniają, że impuls elektronowy bada próbkę w idealnym momencie.

Opierając się na badaniach Pierre’a Agostiniego, Ferenca Krausza i Anne L'Huillier, którzy stworzyli pierwsze ultrakrótkie impulsy promieniowania ultrafioletowego mierzone w attosekundach, zespół z Uniwersytetu w Arizonie udoskonalił precyzję czasową mikroskopii elektronowej do poziomu, który jeszcze nigdy nie został osiągnięty.

Postęp technologiczny ma szerokie zastosowanie. Dla fizyków stanowi nowe narzędzie do badania zachowań kwantowych oraz ruchu elektronów w różnych materiałach. Chemicy zyskują możliwość obserwacji reakcji chemicznych na najbardziej podstawowym poziomie, co może prowadzić do nowych odkryć dotyczących przebiegu reakcji i projektowania lepszych katalizatorów. W bioinżynierii możliwość obserwacji ruchu elektronów może prowadzić do innowacyjnych pomysłów w inżynierii materiałowej i biomolekularnej. Naukowcy zajmujący się materiałoznawstwem uzyskają lepsze zrozumienie właściwości i zachowań nowoczesnych materiałów, co pomoże w tworzeniu wytrzymalszych i bardziej efektywnych substancji.

Ta technologia umożliwia naukowcom dostrzeganie szczegółów na poziomie atomowym, które wcześniej były poza ich zasięgiem. Wspiera podstawowe badania oraz otwiera nowe praktyczne zastosowania w różnych dziedzinach nauki i przemysłu.