سریع ترین میکروسکوپ الکترونی جهان ساخته شد

دانشمندان دانشگاه آریزونا موفق به ساخت سریع‌ ترین میکروسکوپ الکترونی جهان شده‌اند، که قادر است تصاویر را در محدوده اتوثانیه، معادل یک کوینتیلیون از ثانیه، ثبت کند.

به گزارش تک‌ناک، این فناوری انقلابی امکان مشاهده حرکت‌ الکترون‌ها و واکنش‌های شیمیایی را با سرعت‌های بی‌سابقه فراهم می‌آورد و درک عمیق‌تری از فرایندهای بنیادین طبیعت را امکان‌پذیر می‌‎کند.

تصویربرداری از دنیای زیراتمی نه تنها به دلیل اندازه بسیار کوچک، بلکه به دلیل سرعت دنیای زیر اتمی دشوار است.

یک دوربین خوب که با سرعت شاتر میلی‌ثانیه اندازه‌گیری می‌شود، امکان دارد بتواند عکس واضحی از فردی که در حال دویدن است، بگیرد.

با وجود این، سریع‌ترین دوربین‌ها در جهان که میکروسکوپ‌های الکترونی عبوری هستند، می‌توانند رویدادهایی را در مقیاس اتوثانیه ثبت کنند، مانند عکس‌های گرفته شده از الکترون‌هایی که در حال حرکت هستند.

یک اتوثانیه یک کوینتیلیون ثانیه است، که باعث می‌شود یک میلی‌ثانیه (یک هزارم ثانیه) به طور واضح ثبت گردد.

اگر چه تلاش‌های قبلی برای ثبت رویدادها در چنین مقیاس زمانی، آن را تا 43 اتوثانیه کاهش داده است، اما در آن زمان محققان آن را کوتاه‌ترین رویداد کنترل‌شده ایجادشده توسط بشر نامیدند.

اکنون این زمان حتی کوتاه‌تر شده و زمان ثبت آن تنها یک اتوثانیه است.

کار جدید بر اساس تحقیقات پیر آگوستینی، فرنک کراوس و آن لوهیلیر ساخته شده است.

آنها اولین پالس‌های نوری را تولید کردند، که به اندازه کافی کوتاه بودند تا در اتوثانیه اندازه‌گیری شوند.

این تیم تحقیقاتی جایزه نوبل فیزیک را در سال 2023 کسب کردند.

برای مطالعه جدید، محققان موضوعی را توسعه دادند که آن را «اتومیکروسکوپ» می‌نامند.

در این میکروسکوپ ابتدا یک پالس نور فرابنفش به داخل یک فوتوکاتد شلیک می‌شود، که الکترون‌های بسیار سریعی را در داخل اتومیکروسکوپ آزاد می‌کند.

سپس، یک پالس لیزر به دو پرتو تقسیم می‌شود که هر دو به الکترون‌هایی که از طریق میکروسکوپ حرکت می‌کنند، فرستاده خواهند شد.

یکی از این پرتوها قطبی می‌شود و آنها با فواصل زمانی کمی متفاوت به مقصد می‌رسند و یک پالس الکترونی «دردار» تولید می‌کنند، که می‌تواند یک نمونه (که در این مورد گرافن است) را به تصویر بکشد.

با استفاده از این تکنیک، محققان قادر به تولید پالس‌های الکترونی تنها در یک اتوثانیه بودند، که به آنها اجازه می‌داد حرکت الکترون فوق‌سریعی را مشاهده کنند که قابل مشاهده نیست.

محققان می‌گویند که این پیشرفت می‌تواند در فیزیک کوانتوم، شیمی و زیست‌شناسی کاربرد داشته باشد.

محمد حسن، نویسنده این مطالعه گفت: «بهبود تفکیک زمانی درون میکروسکوپ‌های الکترونی مدت‌ها پیش‌بینی می‌شد و مورد توجه بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی قرار داشت، چرا که همه ما می‌خواهیم حرکت الکترون را ببینیم.»

وی تصریح کرد: «این حرکت‌ها در چند ثانیه رخ می‌دهد. اما اکنون برای اولین بار، می‌توانیم با میکروسکوپ انتقال الکترونی خود به تفکیک زمانی اتوثانیه‌ای دست یابیم.»

محمد حسن تأکید کرد: «ما اتومیکروسکوپی ابداع کردیم که به کمک آن برای اولین بار می‌توانیم تکه‌هایی از الکترون را در حال حرکت ببینیم.»

این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.

منبع: University of Arizona