Naukowcy z Uniwersytetu Arizony osiągnęli przełom w dziedzinie mikroskopii, tworząc ultraszybki skaningowy mikroskop elektronowy, który może uchwycić obraz w zaledwie jednej attosekundzie – to niewyobrażalnie krótki czas, równy kwintylionowej części sekundy. Dzięki temu odkryciu możliwe jest teraz obserwowanie najmniejszych i najszybszych procesów w skali atomowej, co otwiera nowe możliwości w badaniach naukowych.
Tradycyjne mikroskopy optyczne pozwalają na powiększenie obiektów ponad tysiąc razy, ale aby zobaczyć jeszcze mniejsze detale, niezbędne są mikroskopy elektronowe. Te urządzenia wykorzystują wiązki elektronów zamiast światła, co umożliwia uzyskanie niezwykle dokładnych obrazów. W ostatnich 20 latach w mikroskopach elektronowych dokonano znacznych postępów, zwłaszcza dzięki zastosowaniu pulsujących wiązek elektronów, które pozwalają na rejestrowanie bardzo krótkich momentów. Jednak zespół kierowany przez profesora Mohammeda Hassana postawił sobie za cel pójście jeszcze dalej i osiągnięcie niespotykanej wcześniej szybkości.
Podstawą badań, które doprowadziły do tego przełomu, były prace laureatów Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 2023 roku – Pierre’a Agostiniego, Ferenca Krausza i Anne L’Huilliere. Ich badania nad ultraszybkimi impulsami promieniowania zapoczątkowały wyścig technologiczny w tej dziedzinie, który teraz przyniósł spektakularne efekty.
Nowo stworzony „atomikroskop” umożliwia naukowcom dosłowne „zamrożenie” elektronów w czasie i obserwowanie ich ruchów oraz reakcji z niespotykaną wcześniej precyzją. Mikroskop ten działa dzięki dwóm sekcjom: górna uwalnia ultraszybkie elektrony, a dolna, za pomocą dodatkowych laserów, precyzyjnie kontroluje ich ruch w kierunku próbki. Dzięki temu systemowi możliwe jest generowanie pojedynczych attosekundowych impulsów, które pozwalają na uchwycenie nawet najdrobniejszych szczegółów.
Hassan porównuje ten nowy mikroskop do ulepszania aparatu w smartfonie. Jak tłumaczy, starsze urządzenia mogły mieć trudności z uchwyceniem szybkich ruchów, na przykład nadpobudliwego dziecka czy zwierzęcia. Nowoczesny sprzęt radzi sobie z tym znacznie lepiej, a wszystko staje się wyraźniejsze i bardziej szczegółowe. Podobna zmiana jakościowa następuje teraz w mikroskopii elektronowej – jednak na nieskończenie mniejszą skalę czasową.
„Te ruchy zachodzą w attosekundach. Ale teraz, po raz pierwszy, jesteśmy w stanie osiągnąć attosekundową rozdzielczość czasową dzięki naszemu mikroskopowi transmisyjnemu elektronów” – podkreśla Hassan. „Po raz pierwszy możemy zobaczyć fragmenty elektronu w ruchu”. Wyniki tych przełomowych badań zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Science Advances, otwierając nowy rozdział w naukowych możliwościach obserwacji świata w mikroskali.
Arkadiusz Ogończyk