Cel mai rapid microscop din lume poate vedea electronii în mișcare

Fizicienii au creat cel mai rapid microscop din lume și este atât de rapid încât poate observa electronii în mișcare.

Noul dispozitiv, o versiune mai nouă a unui microscop electronic cu transmisie, captează imagini ale electronilor în zbor, lovindu-i cu impulsuri de electroni de o cincimilionime dintr-o secundă.

Aceasta este o adevărată ispravă: electronii călătoresc cu aproximativ 1367 mile pe secundă (2.200 kilometri pe secundă), făcându-i capabili să înconjoare Pământul în doar 18,4 secunde.

Folosind microscopul asupra particulelor minuscule, cercetătorii speră să facă câteva descoperiri noi despre modul în care își iau zborul. Cercetătorii și-au publicat concluziile pe 21 august în jurnal Progresele științei.

„Acest microscop electronic cu transmisie este ca o cameră foarte puternică în cea mai recentă versiune a telefoanelor inteligente; ne permite să facem fotografii cu lucruri pe care nu le-am putut vedea înainte – cum ar fi electronii”, autorul principal. Mohammed Hassanprofesor asociat de fizică și științe optice la Universitatea din Arizona, a spus într-o declarație. „Cu acest microscop, sperăm că comunitatea științifică poate înțelege fizica cuantică din spatele modului în care se comportă un electron și cum se mișcă un electron”.

Modul în care electronii se aranjează și se rearanjează în interiorul atomilor și al moleculelor este o întrebare esențială atât în ​​fizică, cât și în chimie, dar natura fermă a particulelor minuscule le face incredibil de dificil de studiat.

Înrudit: Filmul cristalin subțire, „construit atom cu atom” face ca electronii să se miște de 7 ori mai repede decât în ​​semiconductori

Pentru a crea un timp de expunere capabil să capteze mișcările electronilor, fizicienii au dezvoltat metode pentru a genera impulsuri minuscule de attosecundă (sau 1X10^-18 secunde) la începutul anilor 2000 – un avans care i-a adus oamenilor de știință care l-au făcut 2023 Premiul Nobel pentru fizică.

Prin scăderea timpului de expunere al microscoapelor la scara de câteva attosecunde (o attosecundă fiind pentru o secundă ceea ce este o secundă pentru vârsta universului), fizicienii au dezlegat cum electronii poartă sarcinăcum se comportă în interiorul semiconductorilor şi apa lichidași modul în care legăturile chimice dintre atomi sfâșie.

Dar chiar și scara de câteva attosecunde este prea mare pentru a capta mișcările individuale ale electronilor. Pentru a realiza acest lucru, fizicienii din spatele noului studiu au modificat un tun cu electroni până când acesta a produs un puls de doar o attosecundă.

Aceste impulsuri lovesc „eșantionul” studiat și, pe măsură ce electronii trec prin acesta, încetinesc și schimbă forma frontului de undă al fasciculului de electroni. Fasciculul încetinit este apoi mărit de o lentilă și apoi lovește un material fluorescent care strălucește atunci când fasciculul aterizează pe el.

Prin împerecherea pulsului de electroni cu două impulsuri de lumină atent sincronizate (pentru a excita electronii din material în mișcare și, respectiv, pentru a ajuta la crearea pulsului de electroni), ei au reușit să sondeze mișcările ultrarapide ale electronilor în interiorul atomilor.

„Suntem capabili să obținem o rezoluție temporală de attosecundă cu microscopul nostru cu transmisie electronică – și l-am inventat „atomicroscopie””, a spus Hassan. „Pentru prima dată, putem vedea bucăți de electron în mișcare”.

Ben Turner este un scriitor cu sediul în Marea Britanie la Live Science. El acoperă fizică și astronomie, printre alte subiecte precum tehnologia și schimbările climatice. A absolvit University College London cu o diplomă în fizica particulelor înainte de a se pregăti ca jurnalist. Când nu scrie, lui Ben îi place să citească literatură, să cânte la chitară și să se facă de rușine cu șahul.