Створено найшвидший у світі мікроскоп, який може бачити навіть рух електронів

Як він працює

Новітня версія трансмісійного електронного мікроскопа фіксує зображення електронів у польоті, вражаючи їх електронними імпульсами тривалістю в одну квінтильйонну долю секунди. Це справжній подвиг, адже електрони рухаються зі швидкістю приблизно 2200 кілометрів на секунду, що робить їх здатними облетіти Землю всього за 18,4 секунди.

Дивіться також Бінокль з функціями доповненої реальності розкаже, на що ви дивитесь у цей момент

Використовуючи мікроскоп для вивчення крихітних частинок, дослідники сподіваються зрозуміти квантову фізику, яка стоїть за поведінкою і рухом електронів, а особливо те, як вони здійснюють свій політ. Результати дослідження опублікували 21 серпня.

Цей трансмісійний електронний мікроскоп схожий на дуже потужну камеру в останніх версіях смартфонів. Він дозволяє нам фотографувати речі, які ми не могли бачити раніше,
— каже провідний автор Мохаммед Хассан, доцент кафедри фізики та оптичних наук в Університеті Арізони.

Те, як електрони розташовуються і перегруповуються всередині атомів і молекул, є важливим питанням як для фізики, так і для хімії, але швидка природа крихітних частинок робить їх неймовірно складними для вивчення.

Щоб створити час експозиції, здатний зафіксувати рух електронів, на початку 2000-х років фізики розробили методи генерування крихітних аттосекундних імпульсів — досягнення, яке принесло вченим, що його зробили, Нобелівську премію з фізики 2023 року.

Зменшивши час експозиції мікроскопів до кількох аттосекунд, фізики розгадали, як електрони переносять заряд, як вони поводяться всередині напівпровідників і рідкої води, та як розриваються хімічні зв'язки між атомами.

Але навіть кілька аттосекундний масштаб занадто великий, щоб зафіксувати індивідуальні рухи електронів. Щоб досягти цього, фізики, що стоять за новим дослідженням, налаштували електронну гармату так, щоб вона виробляла імпульси тривалістю лише в одну аттосекунду.

Ці імпульси потрапляють на досліджуваний "зразок", і коли електрони проходять крізь нього, вони сповільнюються і змінюють форму хвильового фронту електронного пучка. Уповільнений пучок збільшується лінзою і потрапляє на флуоресцентний матеріал, який світиться, коли пучок потрапляє на нього.

Поєднавши електронний імпульс з двома ретельно синхронізованими імпульсами світла (для приведення в рух електронів у матеріалі і для створення електронного імпульсу відповідно), вчені змогли дослідити надшвидкі рухи електронів всередині атомів.

Це дійсно перший в історії випадок, коли наука може спостерігати за електронами в русі. Фотографій цього дивовижного мікроскопа вчені, на жаль, не надали у своїй статті.