خلاصه خبر:
محققان دانشگاه آریزونا سریعترین میکروسکوپ الکترونی عبوری جهان را ساخته‌اند که می‌تواند تصاویر را با دقت آتوثانیه، یک میلیاردم یک میلیاردم ثانیه ثبت کند. این تکنیک جدید که "اتومیکروسکوپی" نام دارد به دانشمندان اجازه می دهد تا حرکت سریع الکترون ها را به طور آنی مشاهده کنند، چیزی که قبلا با فناوری های موجود غیرممکن بود. با تولید پالس‌های الکترونی آتوثانیه‌ای، میکروسکوپ مانند دوربینی با سرعت بالا عمل میکند و حرکت الکترون‌ها را منجمد میکند. محققان این پیشرفت را با ثبت دینامیک الکترون در گرافن نشان دادند و بینش جدیدی در مورد رفتار الکترون و ارتباط آن با دینامیک ساختاری ماده ارائه کردند. این نوآوری پتانسیل ایجاد انقلابی در زمینه هایی مانند فیزیک کوانتومی، شیمی و زیست شناسی را دارد و راه های جدیدی را برای تحقیقات و کاربردهای عملی در این زمینه ها باز میکند.
توضیحات تکمیلی:
محققان دانشگاه آریزونا با پرده برداری از سریعترین میکروسکوپ الکترونی عبوری جهان ((transmission electron microscope)) که قادر به ثبت تصاویر با وضوح زمانی آتوثانیه است، پیشرفت چشمگیری در میکروسکوپ الکترونی ایجاد کردند. این جهش رو به جلو که در مطالعه آنها در Science Advances منتشر شده است، یک تکنیک تصویربرداری جدید به نام "اتومیکروسکوپی" را معرفی می کند که به دانشمندان اجازه می دهد حرکت الکترون را به طور آنی با دقت بی سابقه ای مشاهده کنند.
میکروسکوپ های الکترونی فوق سریع سنتی، در حالی که قادر به ثبت دینامیک اتمی سریع هستند، به وضوح زمانی ده ها تا صدها فمتوثانیه محدود شده اند. با این حال، این برای مشاهده حرکت‌های حتی سریع‌تر الکترون که در مقیاس‌های زمانی آتوثانیه رخ می‌دهند - یک کوئنتیلیونم ثانیه - کافی نبود. تیم دانشگاه آریزونا به رهبری محمد حسن با تولید پالس های الکترونی تک آتوثانیه ای بر این محدودیت غلبه کرده است. این پالس‌ها میکروسکوپ را قادر می‌سازد تا مانند یک دوربین پرسرعت عمل کند و حرکات سریع الکترون‌ها را در جای خود منجمد کند.
تیم حسن با تکیه بر آثار برنده جایزه نوبل پیر آگوستینی، فرنک کراوس و آن لوهیلیر که اولین پالس های نور فرابنفش آتوثانیه ای را توسعه دادند، یک لیزر قدرتمند را به دو بخش تقسیم کردند: یکی تولید پالس الکترون و دیگری تولید همزمان پالس های نور. این ستاپ به محققان اجازه می‌دهد تا زمان‌بندی پالس‌های الکترونی را دقیقاً کنترل کنند و فرآیندهای فوق سریع را در سطح اتمی ثبت کنند.
محققان با انجام اندازه‌گیری‌های پراش (diffraction) آتوثانیه‌ای بر روی گرافن، قدرت "اتومیکروسکوپی" را نشان دادند و دینامیک الکترون‌هایی را که قبلاً دور از دسترس بودند، آشکار کردند. این پیشرفت دریچه ای جدید به رفتار الکترون ها ارائه می دهد و حرکت آنها را مستقیماً به دینامیک ساختاری ماده متصل می کند. پیامدهای این فناوری پیشرفت‌های گسترده و امیدوارکننده‌ای در زمینه‌هایی مانند فیزیک کوانتومی، شیمی، و زیست‌شناسی است، جایی که درک دینامیک الکترون بسیار مهم است. ظهور اتومیکروسکوپی گام مهمی به جلو در تلاش برای تجسم و درک فرآیندهای اساسی حاکم بر رفتار ماده در ابتدایی ترین سطح آن است.
منبع
https://phys.org/news/2024-08-world-fastest-microscope-electrons-motion.html
Dandan Hui et al, Attosecond electron microscopy and diffraction, Science Advances (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adp5805. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp5805
