Fånga det osynliga: revolutionerande mikroskop fryser elektronernas rörelse med oöverträffad precision

StockholmForskare vid University of Arizona har utvecklat världens snabbaste elektronmikroskop. Detta nya mikroskop kan ta bilder av elektroner medan de rör sig. Eftersom elektroner rör sig mycket snabbt är möjligheten att se dem i realtid ett stort genombrott. Denna teknik förväntas förändra många forskningsområden, såsom fysik, kemi och materialvetenskap.

De viktigaste egenskaperna hos detta nya mikroskop inkluderar:

• Generering av enstaka attosekunders elektronpulser
• Förbättrad tidsupplösning
• Synkronisering av pump- och optiska grindpulser

Traditionella elektronmikroskop är kraftfulla men kunde inte fånga elektroner i snabb rörelse. På 2000-talet introducerades ultramoderna elektronmikroskop för att förbättra detta genom att använda korta elektronpulser. Dessa mikroskop kunde dock endast skapa en serie av pulser och missade ofta viktiga förändringar som inträffade mellan dessa pulser.

Det nya mikroskop som utvecklats av forskare vid U of A skapar en mycket snabb elektronpuls som varar endast en attosekund, vilket motsvarar en triljondels sekund. Denna korta puls kan fånga en elektron stilla för att ge en tydlig bild.

Läs också:

Idag · 10:18

O2-turbinens kamp mot orkanens mäktighet avslöjad

Forskare delar upp en stark laser i tre delar: en snabb elektronpuls och två mycket korta ljuspulser. Den första ljuspulsen, kallad pumppulsen, ger energi till provet, vilket medför förändringar i elektronerna. Den andra ljuspulsen, känd som den optiska grindpulsen, bidrar till att skapa ett kort ögonblick för att generera en enda mycket snabb elektronpuls. Genom att samordna dessa pulser säkerställer forskarna att elektronpulsen undersöker provet vid exakt rätt tidpunkt.

Genom att bygga vidare på arbetet av Pierre Agostini, Ferenc Krausz och Anne L'Huillier, som skapade den första extremt korta ultravioletta ljuspulsen mätbar i attosekunder, har teamet vid University of Arizona nu förbättrat tidsnoggrannheten inom elektronmikroskopi till en oöverträffad nivå.

Denna teknologiska framsteg har omfattande effekter. För fysiker erbjuder det nya sätt att studera kvantbeteenden och hur elektroner rör sig i olika material. Kemister kan nu se kemiska reaktioner på sin mest grundläggande nivå, vilket kan leda till nya upptäckter om hur reaktioner fungerar och hur man designar bättre katalysatorer. Inom bioengineering kan möjligheten att observera elektronrörelser ge upphov till nya idéer inom material- och biomolekylärteknik. Materialforskare får en bättre förståelse för egenskaper och beteenden hos avancerade material, vilket hjälper dem att skapa starkare och mer effektiva ämnen.

Denna teknik möjliggör för forskare att observera detaljer på atomnivå som tidigare var osynliga. Den underlättar grundforskning och öppnar också dörrar till nya praktiska tillämpningar inom olika vetenskapliga och industriella områden.