محققان یک پالس الکترونی آتوثانیه‌ای تولید کرده‌اند که قادر است تا یک الکترون در حالت ثابت را مطابق با سرعت حرکت الکترون‌ها به تصویر بکشد.
غزال زیاری: محققان دانشگاه آریزونا سریع‌ترین میکروسکوپ الکترونی جهان را ساخته‌اند؛ این میکروسکوپ قادر است تا از الکترون‌های متحرک، تصاویر فریم انجمادی ثبت کند. دانشمندان پیش‌بینی می‌کنند که این نوآوری منجر به پیشرفت‌های قابل‌توجهی در رشته‌هایی مثل فیزیک، شیمی، مهندسی زیستی، علم مواد و فراتر از آنها شود.
محمد حسن، دانشیار فیزیک و علوم نوری دراین‌باره گفت: «این ابزار جدید از بالاترین وضوح زمانی برای انجماد زمان و دیدن حرکات الکترون برخوردار است و این تصویربرداری الکترونی اتمیکروسکوپی، پلی قوی برای تبدیل یافته‌های علمی به کاربردهای مهندسی خواهد بود.»
او در توضیح بیشتر گفت: «امیدواریم تا جامعه علمی با بهره‌گیری از این میکروسکوپ بتواند فیزیک کوانتومی که در پس چگونگی رفتار یک الکترون و نحوه حرکات آن نهفته است را درک کند.»
اولین بار در دهه ۲۰۰۰ بود که میکروسکوپ‌های الکترونی فوق‌سریع توسعه یافتند؛ در این میکروسکوپ‌ها، برای تولید پرتوهای الکترونی پالسی از لیزر استفاده می‌شود و همین به شکل قابل‌توجهی قدرت تفکیک زمانی (توانایی مشاهده تغییرات در یک نمونه در طول زمان) را افزایش می‌دهد.
برخلاف میکروسکوپ‌های سنتی که کیفیت تصویر در آنها به‌سرعت شاتر دوربین بستگی دارد، وضوح در این میکروسکوپ‌های الکترونی پیشرفته با طول مدت پالس‌های الکترونی تعیین می‌شود.
اصل ساده: پالس سریع‌تر، تصویر واضح‌تر
میکروسکوپ‌های الکترونی فوق‌سریع قبلی، با ارسال یک سری پالس‌های الکترونی با سرعت‌های اندازه‌گیری شده در آتوثانیه (یک کوئنتیلیونم ثانیه) کار می‌کردند. این پالس‌ها تصاویری متوالی مثل فریم‌های یک فیلم را ایجاد می‌کردند؛ اما تغییرات سریع و واکنش‌های درون یک الکترون بین این فریم‌ها مبهم باقی می‌ماند.
حالا و برای اولین بار، محققان دانشگاه آریزونا یک پالس الکترونی آتوثانیه ای تولید کردند که یک الکترون را در حالت ثابت، مطابق با سرعت حرکت الکترون‌ها، به تصویر می‌کشد. این پیشرفت، باعث افزایش وضوح زمانی میکروسکوپ می‌شود. دقیقاً مثل دوربینی با سرعت‌بالا که آنچه در حال عادی به چشم نمی‌آیند را به تصویر می‌کشد.
گسترش نظریه برنده جایزه نوبل
حسن و تیمش، این پروژه را بر اساس کار پیر آگوستینی، فرنس کراوس و آن لوهیلیر که در سال ۲۰۲۳ جایزه نوبل فیزیک را برای تولید اولین پالس پرتو فرابنفش شدید به‌اندازه کوتاهی که در آتوثانیه اندازه‌گیری شود، دریافت نمودند، آغاز کردند.
اقدام بزرگ این سه دانشمند، این امکان را فراهم کرد تا با استفاده از پالس‌های نوری آتوثانیه، حرکت الکترون در زمان واقعی ردیابی شود. حسن دراین‌باره گفت: «کار ما بر اساس تلاش‌های این دانشمندان، با تولید اولین پالس‌های الکترونی آتوثانیه ساخته‌شده و آن را گسترش می‌دهد و این‌گونه قابلیت دیدن حرکت الکترون در فضا و زمان را به‌طور هم‌زمان فراهم خواهد شد.»