世界最速の顕微鏡で電子の動きを観察！

従来の光学顕微鏡は対象物を 1,000 倍以上拡大できますが、科学者はさらに小さなものに興味を持っていることがよくあります。または 電子顕微鏡 ただし、物体を 100 万倍も大きく見せることができ、小さな物体は通常非常に高速であるため、顕微鏡の速度も重要です。 科学者 からの アリゾナ大学 より高速な走査型電子顕微鏡を作成することで、顕微鏡の速度における新たなマイルストーンを達成しました。 わずか 8 秒で画像をキャプチャする （10⁻¹⁸ または 50 億分の 1 秒)!。

透過型電子顕微鏡（透過型電子顕微鏡) 光子の代わりに電子ビームを使用してターゲットを調査します。それらはサンプルと相互作用する電子ビームを生成し、それがカメラのレンズとセンサーによって捕捉され、光学顕微鏡では決して不可能な拡大画像が生成されます。超高速電子顕微鏡は、パルス電子ビームの使用により過去 20 年間に改良されました。これらの規定は十分に見ることができました アト秒 毎回ですが、アリゾナ大学教授率いるチームは、 モハメド・ハッサン、もっと早く行きたかったのです。

最近まで、これほど短いパルスを生成する方法を考案した人は誰もいませんでした。アリゾナ大学の研究は以下に基づいています 2023年のノーベル物理学賞を共同受賞したピエール・アゴスティーニ、フェレンツ・クラウシュ、アンヌ・ルイリエールの業績の中で 超高速放射線パルスに関する研究に対して。これらの実験は、より高速なパルスとより優れた電子顕微鏡の生成競争を引き起こし、ハッサンのチームは 1 アト秒の限界に到達することができました。

「原子顕微鏡」は非常に高速であるため、電子を時間内に凍結させることができ、科学者はスローモーションで映画を見るかのように、変化や反応をその場で観察することができます。 これは、電子のアト秒パルスを生成することによって行われます。システムは 2 つの部分から構成されます。顕微鏡の上部では、レーザーが顕微鏡内に非常に高速な電子を放出します (ポンピング パルス)。下部では、2 つの追加レーザー (光ゲート パルス) がサンプルに向かう電子の動きを制御します。ポンプ パルスと注意深く同期すると、ゲート パルスは電子が通過するための小さな時間枠を作成し、定義的なアト秒パルスを生成します。

ハッサン氏は、原子顕微鏡をスマートフォンのカメラのアップグレードに例えています。古い携帯電話では、多動の子供やペットなど、特定のものを撮影できなかった可能性があります。次に、はるかに速く写真を撮影できる新しい携帯電話を手に入れると、同じものに焦点が合います。電子の動きをより高速で捉えようとする場合も同様です。

«これらの動きはアト秒単位で発生します。しかし今、透過型電子顕微鏡で初めてアト秒の時間分解能を達成することができます。“、 言った ハッサン. «電子の一部が動いている様子を初めて見ることができる»。

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