دانشمندان سریع‌ترین میکروسکوپ الکترونی جهان با بالاترین وضوح را ساختند

دانشمندان دانشگاه آریزونا موفق به ساخت سریع‌ترین میکروسکوپ الکترونی جهان شده‌اند. این دستگاه پیشرفته قادر است تصاویر لحظه‌ای از حرکت الکترون‌ها را با وضوحی بی‌نظیر ثبت کند. انتظار می‌رود این نوآوری تحولی عظیم در حوزه‌های فیزیک، شیمی، بیوفناوری، علوم مواد و سایر رشته‌های مرتبط ایجاد نماید.

میکروسکوپ‌های الکترونی فوق‌سریع که برای نخستین بار در دهه 2000 معرفی شدند، از لیزر برای تولید پرتوهای الکترونی پالسی استفاده می‌کنند. این فناوری، وضوح زمانی دستگاه را به طور چشمگیری افزایش داده و امکان مشاهده تغییرات سریع در نمونه را فراهم می‌آورد. برخلاف میکروسکوپ‌های سنتی که کیفیت تصویر به سرعت شاتر دوربین وابسته است، در این نوع میکروسکوپ‌ها، وضوح تصویر به مدت زمان پالس‌های الکترونی بستگی دارد. اصل کار بسیار ساده است: هرچه مدت زمان پالس کوتاه‌تر باشد، وضوح تصویر بالاتر خواهد بود.

در نسل قبلی میکروسکوپ‌های الکترونی فوق‌سریع، از مجموعه‌ای از پالس‌های الکترونی با مدت زمان آتوثانیه (یک کوینتیلیونیم ثانیه) استفاده می‌شد. این پالس‌ها تصاویری متوالی مشابه فریم‌های یک فیلم ایجاد می‌کردند؛ اما تغییرات سریع الکترون‌ها بین این فریم‌ها قابل مشاهده نبود. در این پژوهش، دانشمندان دانشگاه آریزونا برای اولین بار موفق به تولید یک پالس تک الکترونی آتوثانیه شدند که قادر است حرکت الکترون را در یک لحظه ثابت ثبت کند. این پیشرفت، وضوح زمانی میکروسکوپ را به طور قابل توجهی افزایش داده و امکان مشاهده رویدادهای فوق‌سریع را فراهم می‌آورد، همانند یک دوربین پرسرعت که لحظاتی را ثبت می‌کند که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده نیستند.

حسن و تیم تحقیقاتی وی، تحقیقات خود را بر پایه پژوهش‌های برنده جایزه نوبل پیر آگوستینی، فرنس کراوز و آن لویییر بنا نهاده‌اند. این سه دانشمند در سال 2023 به دلیل تولید اولین پالس تابش فرابنفش شدید با مدت زمان آتوثانیه، موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شدند. حسن در این خصوص اظهار داشت: «تحقیقات این سه دانشمند پیشگام، به ما امکان داد تا حرکت الکترون را به صورت لحظه‌ای با استفاده از پالس‌های نوری آتوثانیه ردیابی کنیم. پژوهش ما بر پایه این دستاوردها بنا شده و با تولید اولین پالس‌های الکترونی آتوثانیه، توانایی مشاهده همزمان حرکت الکترون در فضا و زمان را فراهم آورده است.»

در این میکروسکوپ پیشرفته، از یک لیزر قدرتمند استفاده می‌شود که به دو جزء تقسیم می‌شود: یک پالس الکترونی بسیار سریع و دو پالس نور فوق‌کوتاه. پالس اول که به عنوان «پالس پمپ» شناخته می‌شود، به نمونه انرژی داده و باعث ایجاد تغییرات سریع در الکترون‌ها می‌شود. پالس دوم که «پالس گیت نوری» نام دارد، با ایجاد یک پنجره زمانی بسیار کوتاه، امکان تولید یک پالس تک الکترونی آتوثانیه را فراهم می‌آورد. مدت زمان این پنجره زمانی، وضوح تصویر نهایی را تعیین می‌کند.

با همگام‌سازی دقیق این دو پالس، محققان می‌توانند زمان تعامل پالس‌های الکترونی با نمونه را به دقت کنترل کنند و در نتیجه، فرآیندهای فوق‌سریع در سطح اتمی را ثبت و مشاهده نمایند.

منبع خبر دانشمندان سریع‌ترین میکروسکوپ الکترونی جهان با بالاترین وضوح را ساختند پایگاه خبری تکنا به آدرس تکنا میباشد.