سریعترین میکروسکوپ الکترونی جهان میتواند الکترونهای در حال حرکت را به صورت فریزشده ببینید!
پژوهشگران دانشگاه آریزونا موفق به توسعه سریعترین میکروسکوپ الکترونی جهان شدهاند که قادر است لحظاتی به طول یک آتّوثانیه (attosecond) را ثبت کند. آتّوثانیه واحد زمانی بسیار کوچکی است که معادل یک میلیاردیم از یک میلیاردیم ثانیه است. بهعبارتی دیگر، تعداد آتّوثانیهها در یک ثانیه تقریباً برابر با تعداد ثانیهها از زمان آغاز جهان (۱۳.۷ میلیارد سال پیش) است.
میکروسکوپهای الکترونی از لیزرها برای تولید پرتوهای پالسدار الکترون استفاده میکنند. این پرتوها برای مشاهده موضوع مورد مطالعه به کار میروند و هرچه تابش پرتو کوتاهتر باشند، تصویر سریعتر و دقیقتری ایجاد میشود. تا پیش از این دستگاه، پرتوها به اندازه چند آتّوثانیه بودند، بنابراین اگر برای مطالعه حرکت یک الکترون استفاده میشدند، بخشی از حرکت آن الکترون را از دست میدادند. اما با زمان پالس یک آتّوثانیه، میتوان حرکت الکترون را به صورت فریز شده ثبت کرد، زیرا سرعت پرتو با سرعت الکترون هدف برابر است.
محمد حسن، استاد فیزیک و علوم اپتیک دانشگاه آریزونا و نویسنده اصلی این پژوهش، در بیانیهای اعلام کرد: «این میکروسکوپ الکترونی مانند یک دوربین بسیار قدرتمند در آخرین نسخه از گوشیهای هوشمند است که به ما امکان میدهد تصاویری از چیزهایی بگیریم که قبلاً قادر به دیدن آنها نبودیم، یعنی الکترونها. با کمک این میکروسکوپ، امیدواریم جامعه علمی بتواند فیزیک کوانتومی و چگونگی رفتار الکترون و حرکت آن را درک کند.»
این دستاورد در پی دههها پژوهش در زمینه فیزیک به دست آمده. این رشته علمی که به تازگی توجه بیشتری به آن شده، در سال گذشته میلادی به دلیل تحقیقات پیشگامانه سه دانشمند – پیر آگوستینی، فرنس کراوس و آن لوئیلیر – که موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شدند، بیشتر مورد توجه قرار گرفت. اگرچه این رشته هنوز جوان است، اما پتانسیل بسیار زیادی برای کشفهای جدید دارد.
پروفسور لوئیلیر در مصاحبهای اختصاصی اشاره کرده است: «این پژوهش هنوز در مراحل ابتدایی قرار دارد و بیشتر به تحقیقات پایه مربوط میشود. اما ایده این است که ما شروع به کنترل حرکت الکترونها کنیم. شاید بتوانیم در آینده حرکت الکترونها در ماده را اندازهگیری و حتی تا حدی کنترل کنیم. این میتواند برای کنترل فرآیندهای شیمیایی و حتی فرآیندهای بیولوژیکی اهمیت داشته باشد.»
روش جدید میکروسکوپی الکترونی از پالسهای نوری فوقالعاده کوتاه، به همراه پالسهای پرتو الکترونی استفاده میکند. همزمانسازی دقیق این پالسها به پژوهشگران این امکان را داده است که فرآیندهای فوق سریع در سطح اتمی را مشاهده کنند.
حسن بیان کرد: «بهبود وضوح زمانی در میکروسکوپهای الکترونی مدتها مورد انتظار بوده و هدف بسیاری از گروههای پژوهشی بوده است، زیرا همه ما میخواهیم حرکت الکترون را ببینیم. این حرکتها در آتّوثانیه رخ میدهند. اما اکنون برای اولین بار ما توانستهایم به وضوح زمانی آتّوثانیه با میکروسکوپ الکترونی انتقالی خود دست یابیم و آن را “آتّومیکروسکوپی” (attomicroscopy) نامگذاری کنیم. برای اولین بار، ما میتوانیم تکهها از حرکت الکترون را ببینیم.»
این پژوهش در مجله «ساینس ادونسز» منتشر شده.
مطالب مرتبط
