Самый быстрый в мире микроскоп может видеть движение электронов.

Физики создали самый быстрый в мире микроскоп, который настолько быстр, что может фиксировать движение электронов.

Новое устройство, более новая версия трансмиссионного электронного микроскопа, фиксирует изображения летящих электронов, ударяя по ним электронными импульсами длительностью в одну квинтиллионную долю секунды.

Это действительно достижение, учитывая, что электроны перемещаются со скоростью примерно 2200 километров в секунду (1367 миль в секунду), что позволяет им облететь Землю всего за 18,4 секунды.

Используя микроскоп для изучения крошечных частиц, исследователи надеются сделать новые открытия о том, как они летают. Свои выводы исследователи опубликовали 21 августа в журнале Science Advances.

«Этот трансмиссионный электронный микроскоп похож на очень мощную камеру в последней версии смартфонов; он позволяет нам фотографировать то, что мы не могли увидеть раньше – например, электроны, — сказал в своём заявлении ведущий автор Мохаммед Хассан (Mohammed Hassan), доцент физики и оптических наук в Университете Аризоны. — Мы надеемся, что с помощью этого микроскопа научное сообщество сможет понять квантовую физику того, как ведёт себя электрон и как он движется.»

То, как электроны организуются и перестраиваются внутри атомов и молекул, является важным вопросом как в физике, так и в химии, но быстрая природа крошечных частиц делает их невероятно трудными для изучения.

Чтобы создать время экспозиции, способное улавливать движения электронов, в начале 2000-х годов физики разработали методы генерации крошечных аттосекундных (или 1х10^-18 секунд) импульсов — достижение, которое принесло учёным Нобелевскую премию по физике 2023 года.

Уменьшив время экспозиции микроскопов до нескольких аттосекунд (аттосекунда соответствует секунде, как секунда соответствует возрасту Вселенной), физики смогли разгадать, как электроны переносят заряд, как они ведут себя внутри полупроводников и жидкой воды, а также как разрываются химические связи между атомами.

Однако даже масштаб в несколько аттосекунд слишком велик, чтобы запечатлеть индивидуальные движения электронов. Чтобы добиться этого, физики, стоящие за новым исследованием, настроили электронную пушку так, чтобы она генерировала импульс всего в одну аттосекунду.

Эти импульсы попадают на исследуемый «образец» и по мере прохождения через него электронов замедляются и меняют форму волнового фронта электронного луча. Замедленный луч затем увеличивается с помощью линзы и попадает на флуоресцентный материал, который светится при попадании луча.

Сочетая электронный импульс с двумя тщательно синхронизированными световыми импульсами (для возбуждения электронов в материале и создания электронного импульса соответственно), они смогли исследовать ультрабыстрое движение электронов внутри атомов.

«С помощью нашего электронного трансмиссионного микроскопа мы в состоянии достичь аттосекундного временного разрешения – и мы назвали это «аттомикроскопия», – отметил Хассан. — Впервые мы можем видеть фрагменты электрона в движении.»

Наша Телега ➔ 18 подписчиков Мы есть в WhatsApp