Разработан самый быстрый микроскоп: он «фотографирует» электроны в движении

Исследователи добились аттосекундного разрешения в просвечивающем электронном микроскопе. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.

Физики из Университета Аризоны заявили о создании самого быстрого в мире электронного микроскопа для стремительно движущихся частиц. Камера способна делать стоп-кадры движущегося электрона, делая снимки раз в аттосекунду — одну квинтиллионную долю секунды.

Для наблюдения за объектами с рекордным временным разрешением ученые разработали то, что они называют «аттомикроскопом». Сначала импульс ультрафиолетового света выстреливается в фотокатод, который высвобождает сверхбыстрые электроны внутри устройства. Затем лазерный импульс разделяется на два луча, каждый из которых посылают в электроны, движущиеся через микроскоп.

Устройство аттомикроскопа. Изображение: Dandan Hui et al., Science Advances

Первый световой импульс — импульс накачки, подает энергию в образец и заставляет электроны двигаться или претерпевать другие быстрые изменения. Второй световой импульс действует как вентиль, создавая короткое окно времени, в котором генерируется одиночный стробирующий аттосекундный электронный импульс.

Скорость стробирующего импульса определяет разрешение изображения. Тщательно синхронизируя два импульса, исследователи контролируют, когда электронные импульсы зондируют образец, чтобы наблюдать сверхбыстрые процессы на атомном уровне.

Используя эту технику, физики сгенерировали электронные импульсы длительностью всего в одну аттосекунду, что позволило им наблюдать сверхбыстрое движение электронов. Исследователи полагают, что прорыв может иметь применение в квантовой физике, химии и биологии.

Этот просвечивающий электронный микроскоп похож на очень мощную камеру в последней версии смартфонов. Он позволяет нам делать снимки того, чего мы не могли видеть раньше — например, электронов. С помощью этого микроскопа мы надеемся, что научное сообщество сможет понять квантовую физику, лежащую в основе того, как ведет себя и как движется электрон.

Мохаммед Хассан, доцент кафедры физики и оптики Университета Аризоны

Источник: hightech.fm