Захваченные электроны движутся со скоростью 7 920 000 км/ч

Группа физиков из Университета Аризоны разработала самый быстрый в мире электронный микроскоп — усовершенствованную версию просвечивающего электронного микроскопа, способную улавливать электроны, движущиеся со скоростью 7 920 000 км/ч.

Новое устройство может захватывать изображения движущихся электронов, запуская электронные импульсы, которые длятся триллионную долю секунды. Электроны движутся с невероятно высокой скоростью, около 2200 км/с или 7 920 000 км/ч, и могут обогнуть Землю всего за 18,4 секунды.

Команда надеется, что микроскоп позволит сделать новые открытия относительно того, как движутся крошечные электроны.

Захваченные электроны, движущиеся со скоростью 7 920 000 км/ч. Рисунок 1.

«Этот просвечивающий электронный микроскоп похож на очень мощную камеру в последней версии смартфона, позволяя нам делать снимки вещей, которые мы раньше не могли видеть, например, электронов», — рассказал ведущий автор исследования Мохаммед Хассан, доцент кафедры физики и оптики в Университете Аризоны.

Тот факт, что электроны движутся так быстро, стал серьезной проблемой для экспертов. В начале 2000-х годов физики разработали метод генерации аттосекундных (или миллиардных миллиардных долей секунды) импульсов для создания времени экспозиции, которое могло бы запечатлеть движение электронов. Это исследование привело к Нобелевской премии по физике 2023 года для Пьера Агостини, Ференца Крауса и Анн Л'Юйер.

Физики сократили время экспозиции микроскопа до масштаба нескольких аттосекунд. Таким образом, они расшифровали, как электроны переносят электрические заряды, как они ведут себя внутри полупроводников и жидкой воды и как разрываются химические связи между атомами. Но аттосекунды все еще слишком велики, чтобы зафиксировать отдельные движения электронов.

В новом исследовании электронная пушка была модифицирована для создания импульсов длительностью всего в одну аттосекунду. Эти импульсы попадают в образец, замедляя электроны по мере их прохождения и изменяя форму волнового фронта электронного пучка. Линза усиливает замедленный электронный пучок, который затем попадает на флуоресцентный материал. Когда электроны попадают на материал, он светится.

Хассан сказал, что аттосекундное временное разрешение его просвечивающего электронного микроскопа, называемое «атто-микроскопией», позволило ученым впервые увидеть части электронов в движении. Исследователи считают, что этот успех приведет к прорывным достижениям в физике, химии, биоинженерии, материаловедении и многих других областях.

Лесли Монтойя