Naša sposobnost da prikažemo subatomsko područje ograničena je ne samo rezolucijom, već i brzinom. Sastavne čestice koje sačinjavaju atome i lete bez njih, u teoriji mogu da se kreću brzinom koja se približava brzini svetlosti.
U praksi se često kreću mnogo sporije, ali čak i ove sporije brzine su prebrze da bi naše oči ili tehnologija mogle da ih vide. Ovo je učinilo posmatranje ponašanja elektrona nekim izazovom – ali sada je razvoj nove tehnike mikroskopa omogućio naučnicima da ih uhvate u pokretu, u realnom vremenu.
To je delo tima fizičara sa Univerziteta Arizona Tuson, koji predvode Dandan Hui i Husain Alkattan, i može da snima slike brzinom od atosekunde; to je kvintilioni deo sekunde. Tehniku su nazvali atomikroskopija.
„Poboljšanje vremenske rezolucije unutar elektronskih mikroskopa je dugo očekivano i fokus je mnogih istraživačkih grupa, jer svi želimo da vidimo kretanje elektrona“, kaže fizičar Mohamed Hasan sa Univerziteta Arizona Tuson.
„Ovi pokreti se dešavaju u atosekundama. Ali sada, po prvi put, mi smo u mogućnosti da postignemo atosekundnu vremensku rezoluciju pomoću našeg elektronskog transmisionog mikroskopa – a mi smo to skovali „atomikroskopija“. Po prvi put možemo videti delove elektrona u pokretu.“
Transmisiona elektronska mikroskopija, ili TEM, je tehnika koja se koristi za generisanje slika najmanjih struktura u fizičkom svetu. Za generisanje slike oslanja se na elektrone, a ne na svetlost. Snop elektrona se prenosi kroz uzorak materijala; interakcija između elektrona i uzorka je ono što proizvodi sliku. Na primer, ispod je TEM slika belih krvnih zrnaca.
Umesto brzine zatvarača konvencionalne kamere, TEM se oslanja na brzinu laserskih impulsa na koje se prenose elektroni. Što je brže trajanje laserskih impulsa, to je bolja rezultujuća slika. Dakle, ako želite bolji kvalitet slike, način da to postignete je razvoj lasera koji može da ispaljuje kraće impulse.
Ranije su TEM laseri dostizali trajanje od nekoliko atosekundi, pušteni u vozu, pomalo kao kratak prasak statike.
To je apsolutno izvanredno dostignuće vredno Nobelove nagrade; ali problem je u tome što, iako ovo generiše seriju slika, elektroni se kreću malo brže – tako da su promene u elektronu između impulsa izgubljene.
Istraživači su želeli da vide da li mogu da pronađu način da skrate trajanje impulsnog snopa na samo jednu atosekundu, brzinu kojom se kreću elektroni u snopu, omogućavajući tako TEM-u da ih uhvati u zamrznutom okviru.
Proboj je postignut razdvajanjem impulsa na tri: dva svetlosna impulsa i impuls elektrona. Prvi svetlosni impuls se naziva puls pumpe. On ubrizgava energiju u uzorak grafena, što uzrokuje da se elektroni vrte okolo.
Ovo je praćeno drugim svetlosnim impulsom, ili impulsom kapije, koji stvara kapiju ili prozor. Dok je ‘otvoren’, jedan, atosekundni elektronski impuls se ispaljuje na uzorak, a subatomski procesi brzine atosekunde se hvataju.
Rezultat je precizna mapa dinamike elektrona – mapa koja otvara vrata novim studijama načina na koji se ove važne čestice ponašaju.
„Ovaj transmisioni elektronski mikroskop je kao veoma moćna kamera u najnovijoj verziji pametnih telefona; omogućava nam da slikamo stvari koje ranije nismo mogli da vidimo – poput elektrona“, kaže Hasan.
„Sa ovim mikroskopom, nadamo se da naučna zajednica može da razume kvantnu fiziku koja stoji iza toga kako se elektron ponaša i kako se elektron kreće.“
Istraživanje je objavljeno u časopisu Science Advances.
