Представете си, че можете да наблюдавате най-малките частици на материята, като записвате движението на електроните в реално време, и то с безпрецедентна точност. Това вече е възможно благодарение на скорошен пробив в електронната микроскопия. Изследователи от Университета на Аризона са разработили най-бързия микроскоп в света, който може да улавя движението на електроните - в атосекунден мащаб. Тази технология в крайна сметка ще ни позволи да научим повече за квантовото поведение на материята и да ускорим разработването на нови материали. В основата на този технологичен напредък е използването на свръхбързи електронни импулси за наблюдение на движението на електроните с ненадмината точност. „Когато се сдобиете с най-новата версия на смартфон, камерата обикновено е по-добра от предишната“, обяснява д-р Мохамед Хасан, професор по физика и оптични науки, в прессъобщение на Университета на Аризона. „Този електронен микроскоп е като много мощен фотоапарат в най-новата версия на смартфона; той ни позволява да правим снимки на неща, които не можехме да видим преди - като електроните. Надяваме се, че с този микроскоп научната общност ще може да разбере квантовата физика, която стои зад поведението и движението на електроните“, добавя той.
Новият микроскоп използва двоен светлинен импулс, при който първият импулс, наречен „помпен импулс“, възбужда електроните в пробата, а вторият, прецизно синхронизиран импулс улавя движещите се електрони. Този метод създава изображения с времева скала от 625 атосекунди (или 625 милиардни части от милиардна част от секундата), което е значителен напредък в сравнение с предишните методи. За да създадат устройството, изследователите използват мощен лазер, който разделят на две части: едната излъчва много бърз импулс от електрони, а другата - два ултракъси светлинни импулса. Първият светлинен импулс, известен като „помпен импулс“, доставя енергия на пробата, като кара електроните да се движат или да правят други бързи промени. Вторият светлинен импулс, известен като „импулс на оптичния гейт“, създава кратък период от време, през който се генерира атосекунден импулс от електрони. Чрез внимателно синхронизиране на двата импулса изследователите контролират момента, в който електронните импулси изследват пробата, което им позволява да наблюдават свръхбързи процеси на атомно ниво. Подобно на затвора на фотоапарат, тези импулси им позволяват да заснемат ново изображение на електроните в лист графен на всеки 625 атсосекунди, което е около хиляда пъти по-бързо от съществуващите методи. Обещаващи приложения в различни области Потенциалните приложения на тази технология са обширни и обещаващи. Във физиката тя може да осигури по-добро разбиране на фундаменталните взаимодействия между електроните и електромагнитните полета. В химията тя може значително да подпомогне изучаването на химичните реакции, като осигури пряка визуализация на движенията на електроните по време на реакциите. В изследването, публикувано в списание Science Advances, се обяснява и как новата микроскопска технология може да свърже пряко движението на електроните със структурната динамика на материята в реално време. Това означава, че учените вече могат да наблюдават и анализират явления, които протичат твърде бързо, за да бъдат засечени от предишните технологии. В биоинженерството тази технология може да се използва за наблюдение на биологични процеси в молекулен мащаб, което може да доведе до открития за това как работят клетките и биологичните молекули.
Разбира се, възможностите на тази технология не се ограничават само до фундаментални изследвания. Тя може да намери практическо приложение и в промишлеността и приложните изследвания. Електронните микроскопи вече се използват широко за изследване на структурата и състава на материалите, а новата технология може значително да подобри точността и скоростта на тези анализи. Въпреки това, както всяка нова технология, и този напредък е изпълнен с предизвикателства. Като начало, поне засега, тя изисква сложно и скъпо оборудване, както и специализирано обучение за изследователите. Освен това манипулирането на пробите в толкова кратък период от време поставя значителни технически предизвикателства. „Подобряването на времевата разделителна способност в електронните микроскопи се очаква отдавна и е във фокуса на много изследователски групи, защото всички искаме да видим движението на електроните“, казва Хасан в съобщение за пресата. В областта на медицината тази технология може да позволи на изследователите да изучават движението на електроните в ДНК. Тази информация може да помогне за създаването на нови материали или персонализирани лекарства, казва Хасан.
Comments