Новый микроскоп позволяет заглянуть в скрытые миры

Группа ученых из Университета Аризоны под руководством профессора Мохаммеда Хассана разработала революционный микроскоп , способный фиксировать движение электронов в режиме реального времени. Это достижение открывает новые горизонты в изучении квантовой физики и химии.

Новый прибор представляет собой усовершенствованную версию просвечивающего электронного микроскопа. Его уникальность заключается в способности генерировать сверхкороткие электронные импульсы длительностью всего в одну аттосекунду (10^-18 секунды). Для сравнения, аттосекунда относится к секунде так же, как секунда к возрасту Вселенной. Этот импульс проходит через исследуемый образец, замедляясь и изменяя форму волнового фронта электронного пучка. Затем замедленный пучок увеличивается с помощью линзы и направляясь на флуоресцентный материал, который светится при попадании на него электронов. Комбинируя электронный импульс с двумя тщательно синхронизированными световыми потоками, ученые смогли исследовать сверхбыстрые движения внутри атомов.

Электроны движутся со скоростью около 2200 километров в секунду. Получается, что электрон может облететь Землю за 18,4 секунды. Способность наблюдать за движением столь быстрых частиц открывает перед учеными беспрецедентные возможности.

Исследование имеет фундаментальное значение для квантовой физики и химии. Однако из-за высокой скорости этих частиц их изучение всегда представляло серьезную проблему. Прорыв в этой области произошел в начале 2000-х годов, когда физики разработали методы генерации аттосекундных импульсов. Это достижение было отмечено Нобелевской премией в 2023 году, однако даже оно не позволяло проводить наблюдения с такой точностью.

Профессор Хассан назвал новую технологию "аттомикроскопией".

Результаты исследования были опубликованы 21 августа в журнале Science Advances. Микроскоп может иметь широкое практическое применение в различных областях науки и техники, от разработки новых материалов до создания более эффективных электронных устройств. Аттомикроскопия позволит ученым глубже понять механизмы переноса заряда, поведение электронов в полупроводниках и жидкой воде, а также процессы разрыва химических связей между атомами.