سریع‌ترین میکروسکوپ الکترونی جهان ساخته شد

فناوری تصویربرداری بشر از ابتدای کار تاکنون فوق‌العاده پیشرفت کرده است؛ اما ثبت حرکت الکترون‌ها کار ساده‌ای نیست. الکترون با سرعت ۲۲۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند که یعنی می‌تواند در تنها ۱۸.۴ ثانیه به‌طور کامل دور زمین بچرخد. حالا تصور کنید یک دوربین فوق‌العاده قوی در اختیار دارید که می‌تواند از الکترون در هنگام حرکت با این سرعت عجیب عکس‌برداری کند. این دقیقا همان دستاوردی است که پژوهشگران دانشگاه آریزونا آمریکا توانسته‌اند با ساخت سریع‌ترین میکروسکوپ جهان به آن دست یابند.

سریع‌ترین میکروسکوپ جهان می‌تواند الکترون‌ها را در لحظه شکار کند

با همه این‌ها دانشمندان نمی‌توانستند واکنش‌ها و تغییراتی که بین فریم‌ها برای الکترون رخ می‌دهد را مشاهده کنند. در واقع ثبت وضعیت الکترون به‌صورت آنی ممکن نبود. به‌منظور مشاهده الکترون در یک مکان مشخص، پژوهشگران دانشگاه آریزونا سریع‌ترین میکروسکوپ جهان را ساختند که می‌تواند در هر اتوثانیه پالس ایجاد کند. این میزان دقیقا با سرعت حرکت الکترون‌ها برابر است و سبب می‌شود که کیفیت تصویر فوق‌العاده افزایش یابد.

بدین‌ترتیب ما مواردی را می‌بینیم که پیشتر قادر به مشاهده آن‌ها نبودیم. حسن و همکارانش اعلام کردند که برای ساخت این دستگاه پیشرفته از دستاورد‌های Pierre Agostini، Ferenc Krausz و Anne L’Huiliere برندگان نوبل فیزیک در سال ۲۰۲۳ بهره برده‌اند. بهره‌گیری از یافته‌های این دانشمندان به پژوهشگران دانشگاه آریزونا اجازه داد که میکروسکوپ خاص خود را با رویکردی منحصربه‌فرد بسازند.

در این میکروسکوپ یک لیزر قدرتمند به دو بخش (یک پالس فوق‌العاده سریع الکترون و دو پالس فوق‌العاده کوتاه نوری) تقسیم می‌شود. اولین پالس نوری به نمونه انرژی وارد می‌کند و سبب می‌شود که الکترون‌ها تغییرات سریعی را تجربه کنند. پالس نوری دوم همچون یک درگاه عمل کرده و با ایجاد یک پنجره زمانی فو‌ق‌العاده کوتاه اجازه ایجاد پالس الکترونی را می‌دهد. با همگام‌کردن دقیق این دو پالس پژوهشگران می‌توانند فرآیند‌های فوق‌العاده سریعی که در مقیاس اتمی رخ می‌دهند را مشاهده کنند.

بسیاری از پژوهشگران منتظر بودند که روزی خبر ساخت سریع‌ترین میکروسکوپ جهان با توانایی ثبت حرکت الکترون‌ها در اخبار علمی منتشر شود. گروه‌های زیادی نیز در سرتاسر جهان روی این موضوع کار می‌کردند؛ اما در نهایت این پژوهشگران دانشگاه آریزونا آمریکا بودند که توانستند به این مهم دست یابند. اکنون نیز می‌توان کوچکترین حرکات الکترون‌ها را مشاهده کرد.

این گروه از پژوهشگران باور دارند که دستاورد جدید آن‌ها می‌تواند انقلاب بزرگی را در علوم مختلف ایجاد کند. به همین‌خاطر هم واژه اتومیکروسکوپی را به‌عنوان کلیدواژه‌ای که در آینده بسیار استفاده خواهد شد پیشنهاد کرده‌اند.