„Svätý grál“ mikroskopie: Po prvýkrát v histórii môžeme pozorovať pohyb elektrónov
Výskumníci predstavili revolučný mikroskop, ktorý im dovolí zachytiť fotografiu elektrónu v pohybe. Hovoria o revolúcii v oblasti vedy.
Výskumníci z University of Arizona vyvinuli mikroskop, ktorý dokáže zastaviť čas. Ide o tak silný prístroj, že dokáže zachytiť pohybujúci sa elektrón, ktorý dokáže obísť celú Zem niekoľkokrát v priebehu jednej sekundy.
Veria, že s pomocou tohto mikroskopu dokážu priniesť prelomové objavy v oblasti fyziky, chémie, bioinžinierstva, materiálových vied a ďalších vedeckých odborov.
“Keď si kúpite najnovšiu verziu smartfónu, prirodzene toto zariadenie prichádza s lepšou kamerou. Tento transmisný elektrónový mikroskop je v skutočnosti mimoriadne silným fotoaparátom, ktorý nám dovoľuje zachytiť fotografie vecí, ktoré sme doteraz nedokázali vidieť, napríklad elektrónov. S týmto mikroskopom pevne dúfame, že spolu so zvyškom vedeckej komunity dokážeme pochopiť kvantovú fyziku ukrývajúcu sa za tým, ako sa elektrón správa a ako sa elektrón pohybuje,” vysvetľuje Mohammed Hassan, vedúci vo vývoji najrýchlejšieho mikroskopu na svete.
Transmisný elektrónový mikroskop je nástroj, ktorý umožňuje výskumníkom zväčšiť objekty v násobku miliónov. Vďaka tomu môžu vidieť detaily, ktoré sú príliš malé na tradične používané svetelné mikroskopy. Namiesto viditeľného svetla využíva transmisný elektrónový mikroskop priame lúče elektrónov, ktoré vysiela cez vzorku, ktorú pomocou mikroskopu vedci skúmajú. Interakcie elektrónov so vzorkami sú následne zaznamenané šošovkami a detegované kamerovým senzorom. Vďaka tomu môžu výskumníci získať naozaj detailný záber skúmanej vzorky.
Prvé mimoriadne rýchle elektrónové mikroskopy vznikli okolo roku 2000. Tieto zariadenia používali laser na generovanie pulzného lúča elektrónov. Táto metóda výrazne zvyšuje temporálne rozlíšenie mikroskopu. Ide o jeho schopnosť merať a pozorovať zmeny vo vzorke postupom času.
Namiesto závierky fotoaparátu sa tieto mikroskopy spoliehajú na trvanie elektrónových pulzov. V jednoduchosti povedané, čím rýchlejší je pulz, tým kvalitnejší obraz vedci získajú. Doterajšie ultrarýchle elektrónové mikroskopy operovali v rýchlosti niekoľkých attosekúnd. Mikroskopy zachytili sériu snímok, podobne ako zábery filmu. Doteraz však nemali technológiu na to, aby zistili, čo sa deje medzi týmito snímkami, čo by im umožnilo zachytiť elektrón zamrznutý v priestore.
Neprehliadnite
Výskumníci predstavujú revolučný elektrónový mikroskop
V rámci novej štúdie sa podarilo vedcom predstaviť elektrónový mikroskop, ktorý generoval len jedno attosekundový elektrónový pulz, čo je presne tak rýchlo, ako sa elektrón pohybuje. Autori výskumu založili svoju technológiu na práci Pierra Agostiniho, Ferenca Krausza a Anne L’Huilliere, výskumníkov, ktorí v roku 2023 získali Nobelovu cenu za vytvorenie radiačného pulzu v extrémnom ultrafialovom spektre, ktorý mohli merať v attosekundách.
Tento úspech výskumníci použili ako stavebný kameň pre novú technológiu. Tento revolučný elektrónový mikroskop pracuje s mimoriadne silným laserom, ktorý rozdelili a konvertovali na dve časti. Prvou časťou je mimoriadne rýchly elektrónový pulz a druhá časť sa skladá z dvoch ultrakrátkych svetelných pulzov. Prvý svetelný pulz dodáva do vzorky energiu a spôsobuje pohyb elektrónov a iné rapídne zmeny. Druhý svetelný pulz slúži ako brána. Vytvára krátke okno, v rámci ktorého sa generuje jeden attosekundový elektrónový pulz. V tomto prípade rýchlosť “bránového” svetelného pulzu diktuje kvalitu obrazu.
Výskumníci dokázali mimoriadne opatrne synchronizovať oba pulzy, čím získali kontrolu nad tým, kedy elektrónový pulz prejde vzorkou a pozoruje mimoriadne rýchle procesy.
Autori štúdie vysvetľujú, že veľa výskumníkov pracovalo na elektrónovom mikroskope, ktorý by dokázal to, čo dokazuje mikroskop vedcov z University of Arizona.
“Výskumníci mali na to dobrý dôvod, každý z nás chce vidieť pohyb elektrónu,” hovorí Hassan.
Dodáva, že pohyby elektrónov sa dejú v attosekundách. Doteraz sme nemali šancu takýto pohyb vidieť, no v rámci práce sa vedcom podarilo predstaviť prvé zariadenie, ktoré to dokáže. Veria, že ide o začiatok nového pridruženého odboru, ktorý nazývajú “attomikroskopia”. Možnosť vidieť elektrón v pohybe povedie k mnohým revolučným vedeckým objavom.
Komentáre