Создан самый быстрый в мире микроскоп, который может видеть даже движение электронов

Как он работает

Новейшая версия трансмиссионного электронного микроскопа фиксирует изображение электронов в полете, поражая их электронными импульсами продолжительностью в одну квинтиллионную долю секунды. Это настоящий подвиг, ведь электроны движутся со скоростью примерно 2200 километров в секунду, что делает их способными облететь Землю всего за 18,4 секунды.

Смотрите также Бинокль с функциями дополненной реальности расскажет, на что вы смотрите в этот момент

Используя микроскоп для изучения крошечных частиц, исследователи надеются понять квантовую физику, которая стоит за поведением и движением электронов, а особенно то, как они осуществляют свой полет. Результаты исследования опубликовали 21 августа.

Этот трансмиссионный электронный микроскоп похож на очень мощную камеру в последних версиях смартфонов. Он позволяет нам фотографировать вещи, которые мы не могли видеть раньше,
- говорит ведущий автор Мохаммед Хассан, доцент кафедры физики и оптических наук в Университете Аризоны.

То, как электроны располагаются и перегруппировываются внутри атомов и молекул, является важным вопросом как для физики, так и для химии, но быстрая природа крошечных частиц делает их невероятно сложными для изучения.

Чтобы создать время экспозиции, способное зафиксировать движение электронов, в начале 2000-х годов физики разработали методы генерирования крошечных аттосекундных импульсов — достижение, которое принесло ученым, сделавшим его, Нобелевскую премию по физике 2023 года.

Уменьшив время экспозиции микроскопов до нескольких аттосекунд, физики разгадали, как электроны переносят заряд, как они ведут себя внутри полупроводников и жидкой воды, и как разрываются химические связи между атомами.

Но даже несколько аттосекундный масштаб слишком велик, чтобы зафиксировать индивидуальные движения электронов. Чтобы достичь этого, физики, стоящие за новым исследованием, настроили электронную пушку так, чтобы она производила импульсы длительностью всего в одну аттосекунду.

Эти импульсы попадают на исследуемый "образец", и когда электроны проходят сквозь него, они замедляются и меняют форму волнового фронта электронного пучка. Замедленный пучок увеличивается линзой и попадает на флуоресцентный материал, который светится, когда пучок попадает на него.

Соединив электронный импульс с двумя тщательно синхронизированными импульсами света (для приведения в движение электронов в материале и для создания электронного импульса соответственно), ученые смогли исследовать сверхбыстрые движения электронов внутри атомов.

Это действительно первый в истории случай, когда наука может наблюдать за электронами в движении. Фотографий этого удивительного микроскопа ученые, к сожалению, не предоставили в своей статье.