Najszybszy mikroskop świata, bo takim mianem określają go sami zainteresowani, działa w attosekundowej skali czasowej. Tym sposobem naukowcy uwiecznili ruch elektronów w nieosiągalny wcześniej sposób. Szczegóły przeprowadzonych eksperymentów zaprezentowali niedawno na łamach Science Advances.
Czytaj też: Mikroskopijne pojazdy mają niespodziewany napęd. Nawet ich wygląd zaskakuje
I nawet jeśli elektrony nie osiągają prędkości światła, to nie stanowi to wielkiego ułatwienia w kontekście ich śledzenia. Przełom w sprawie najprawdopodobniej nastąpił za sprawą opracowania nowej techniki obrazowania z udziałem mikroskopów. Członkowie zespołu badawczego byli tym samym w stanie dostrzec ruch elektronów w czasie rzeczywistym. O skali trudności wyzwania, z jakim się zmagali, najlepiej świadczy fakt, iż jedna attosekunda jest równa trylionowej części sekundy.
Proponowane przez amerykańskich badaczy podejście jest określane mianem atomomikroskopii. Jak wyjaśniają, zwiększenie rozdzielczości czasowej prowadzonych obserwacji stanowiło długo oczekiwany aspekt, nad którym pracowały różne zespoły. Nowy mikroskop, przystosowany do śledzenia ruchu elektronów, świetnie sprawdził się w tej roli. Tym samym doszło do historycznych badań.
Mikroskop zaprojektowany przez naukowców z Uniwersytetu Arizony umożliwił obrazowanie elektronów w czasie rzeczywistym
Transmisyjna mikroskopia elektronowa była już wcześniej stosowana do obrazowania wyjątkowo małych struktur istniejących w świecie fizycznym. Zamiast światła taka metoda wykorzystuje elektrony do generowania obrazów. Jak się to dzieje? Wiązka elektronów przechodzi przez badaną próbkę, a interakcja między nią a elektronami tworzy obraz. Takie podejście opiera się na prędkości impulsów laserowych, w których przesyłane są elektrony.
Zasada jest bardzo prosta: krótszy czas trwania impulsów laserowych = bardziej zadowalający efekt końcowy. Kluczem do sukcesu było więc wejście w posiadanie lasera działającego tak, by mógł emitować krótsze impulsy. Już wcześniej dało się obrazować w skali kilku attosekund, lecz dzięki ostatnim postępom członkowie zespołu badawczego skrócili ten czas do jednej attosekundy.
Czytaj też: Ciemne elektrony naprawdę istnieją! Naukowcy dokonali historycznego wyczynu
Tym sposobem osiągnęli warunki pozwalające na śledzenie elektronów w czasie rzeczywistym. Doprowadzili do tego poprzez podział impulsu na trzy części. Dwie miały formę impulsów światła, a jeden – impulsu elektronowego. Pierwszy wprowadza energię do próbki, co napędza elektrony. Drugi tworzy swego rodzaju okno, w czasie którego do akcji wkracza trzeci, pozwalający śledzić zachodzące procesy. Naukowcy ze Stanów Zjednoczonych stworzyli mapę ukazującą ruch elektronów, co stanowi przełomowy moment. Wcześniej takie coś pozostawało poza zasięgiem fizyków. Wśród potencjalnych korzyści wynikających z tego postępu wymienia się napędzenie badań poświęconych fizyce kwantowej stojącej za zachowaniami elektronów.
