Transmisný elektrónový mikroskop zachytáva elektrón s takou precíznosťou, že odborníci vidia elektróny v pohybe.
Lúče svetla mieria na atóm. Zdroj: iStockphoto.com
Subatomárny svet je ťažké predstaviť si nielen preto, že je neuveriteľne malý, ale aj preto, že je superrýchly. Fyzici z Arizonskej univerzity teraz vyvinuli najrýchlejší elektrónový mikroskop na svete, ktorý dokáže zachytiť udalosti trvajúce iba jednu kvintilióntinu sekundy – jednu attosekundu.
Nepredstaviteľná attosekunda
Našim ľudským zmyslom sa extrémne rýchle pohyby javia rozmazané a extrémne krátke deje sa zas nedajú pozorovať. Na zachytenie alebo zobrazenie týchto okamihov musíme používať rôzne technológie.
Transmisné elektrónové mikroskopy dokážu zachytiť udalosti v rozsahu attosekúnd, a zobraziť tak pohybujúce sa elektróny. Attosekunda je jedna kvintilióntina sekundy, vďaka čomu sa milisekunda (tisícina sekundy) javí ako večnosť.
Attosekunda je taká krátka, že ich počet za jednu sekundu je približne rovnaký ako počet sekúnd, ktoré uplynuli od vzniku vesmíru pred 13,8 miliardy rokov. Elektróny sa pohybujú rýchlosťou približne 2200 kilometrov za sekundu, vďaka čomu sú schopné obehnúť Zem len za 18,4 sekundy.
V roku 2017 sa vedcom z Zürichu podarilo skrátiť generovaný pulz až na 43 attosekúnd, odborná komunita sa v tom čase zhodla a označila úspech za najkratšiu kontrolovanú udalosť, akú kedy ľudstvo vytvorilo. V súčasnosti sa tímu z Arizonskej univerzity podarilo tento čas prekonať a posunuli ho na mrazivú jednu attosekundu.
Attomikroskop. Zdroj: Arizonská univerzita
Nový svet attomikroskopie
Namiesto využitia viditeľného svetla smeruje transmisný elektrónový mikroskop lúče elektrónov cez skúmanú vzorku. Interakcia medzi elektrónmi a vzorkou je zachytená šošovkami a detegovaná kamerovým senzorom. Výsledným produktom je detailne vykreslený obraz.
Elektrónová mikroskopia je na svete už takmer storočie, no vďaka napredujúcemu pokroku sa konečne podarilo dosiahnuť to, na čo fyzici čakali desaťročia – prvý transmisný elektrónový mikroskop zachytáva elektrón s takou precíznosťou, že odborníci vidia jednotlivé časti atómu v pohybe.
Výskumníci veria, že odomkli úplne novú oblasť optickej vedy, ktorú teraz nazývajú attomikroskopia. Tá má potenciál ovplyvniť svet kvantovej fyziky, biológie a chémie.
Synchronizácia impulzov
Nová práca vychádzala z výskumu Pierra Agostiniho, Ferenca Krausza a Anne L’Huillierovej. Prišli na to, ako generovať attosekundové svetelné pulzy, ktoré možno použiť na štúdium elektrónov. Za tento objav získali v roku 2023 Nobelovu cenu za fyziku.
Vedci vyvinuli teraz mikroskop, v ktorom je výkonný laser rozdelený a prevedený na dve časti – veľmi rýchly elektrónový impulz a dva ultrakrátke svetelné impulzy. Prvý svetelný impulz, známy ako impulz pumpy, dodáva energiu do vzorky a spôsobuje pohyb elektrónov alebo iné rýchle zmeny. Druhý svetelný impulz, tiež nazývaný optický hradlový impulz (z angl. optical gating pulse), funguje ako brána. Vytvorí krátke časové okno, v ktorom sa generuje attosekundový elektrónový impulz. Rýchlosť druhého svetelného impulzu teda určuje rozlíšenie obrazu. Precíznou synchronizáciou týchto dvoch impulzov výskumníci kontrolujú celkové dianie v mikroskope.
Pomocou tejto techniky bol tím schopný generovať elektrónové impulzy trvajúce iba jednu attosekundu, čo umožnilo pozorovať ultrarýchly pohyb elektrónov, ktorý za normálnych okolností nie je možné vidieť.
Zdroj: New Atlas, Sciencedaily, LiveScience
(JM)
