Ein neues Mikroskop ist so empfindlich, dass es Elektronen in Bewegung sehen kann

Es nimmt Bilder in einer Trillion Sekunde auf.

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Schauen Sie sich das schnellste Mikroskop der Welt an: Es arbeitet so unglaublich schnell, dass es das erste Gerät ist, das jemals ein klares Bild bewegter Elektronen aufnehmen kann.

Es wurde von Forschern der University of Arizona entwickelt Veröffentlichen Sie ihre Arbeit Im Magazin WissenschaftenDas Mikroskop verwendet Elektronenimpulse mit einer Geschwindigkeit von 10… Attosekunde – oder einer Trillion Eine Sekunde – um „Standbilder“ von subatomaren Teilchen aufzunehmen, die sich schnell genug bewegen, um die Erde in Sekundenschnelle zu umkreisen.

Dies ist ein möglicherweise bahnbrechender Fortschritt, der es Wissenschaftlern ermöglichen könnte, zu erforschen, was mit Elektronen bei ultraschnellen Reaktionen passiert, beispielsweise beim Aufbrechen chemischer Bindungen.

„Zum ersten Mal konnten wir mit unserem Transmissionselektronenmikroskop eine zeitliche Auflösung von bis zu einer Sekunde erreichen – und wir nennen es ‚molekulare Analyse‘“, sagt Mohamed Hassan, Co-Autor der Studie und Assistenzprofessor für Physik und optische Wissenschaften an der Universität von Arizona, heißt es in einem Artikel. Arbeitserklärung„Wir können Teile des Elektrons in Bewegung sehen.“

Allmähliche Verbesserung

ehemalig Elektronenmikroskope Sie kamen diesem Kunststück nahe und erreichten Geschwindigkeiten von mehreren Attosekunden statt nur einer Sekunde.

Dieser Unterschied besteht jedoch auf subatomarer Ebene ewig: Ohne eine höhere „Zeitauflösung“ wären Wissenschaftler nicht in der Lage, einige der feineren Details der verschiedenen Elektronenwechselwirkungen zu beobachten, während sie stattfinden.

In Bezug auf die Fotografie verfügten Mikroskope nicht über eine ausreichend kurze Verschlusszeit oder eine ausreichend hohe Bildrate.

Starker Puls

Um diese Bemühungen zu verbessern, haben Forscher in Arizona ein „Atomteleskop“ entwickelt, um einen Laser in einen Elektronenpuls und zwei Lichtpulse aufzuspalten. Die Art und Weise, wie die beiden Impulse zusammenarbeiten, ist entscheidend: Es reicht nicht aus, dass der elektronische Impuls, der die eigentliche Bildgebung durchführt, sehr schnell ist.

Was dann passiert, ist, dass der erste Lichtpuls die Zielelektronen dazu anregt, sie zu bewegen, die sorgfältig mit einem zweiten Lichtpuls synchronisiert werden, der den Elektronenpuls darauf vorbereitet, in dem Moment zu treffen, in dem die Teilchen in Bewegung gesetzt werden.

Von dort aus werden die resultierenden Wechselwirkungen zwischen den Elektronenstrahlen des Mikroskops und der Probe vom Kamerasensor erfasst und zu einem Bild verknüpft.

Hassan sagte: „Wir hoffen, dass die wissenschaftliche Gemeinschaft durch dieses Mikroskop in der Lage sein wird, die Quantenphysik zu verstehen, die dahinter steckt, wie sich das Elektron verhält und wie es sich bewegt.“

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