Revolutsioon mikroskoopias: Göttingeni teadlased kontrollivad elektronkiire!

Revolutsioon mikroskoopias: Göttingeni teadlased kontrollivad elektronkiire!

Kaasaegsed tehnoloogiad täiustavad pidevalt aine aatomistruktuuri ja dünaamika uurimise võimalust. Murranguline näide on attosekundilise elektronmikroskoobi väljatöötamine professor Peter Baumi ja tema meeskonna poolt. Konstanzi ülikool. See uuenduslik seade suudab visualiseerida valguse elektrilisi võnkumisi ja võimaldab sügavalt mõista aatomite ja elektronide liikumist, mis on materjali omaduste jaoks üliolulised. Mõõtmised femtosekundite või isegi attosekundite – triljondiku ja miljardindiku sekundi – aja jooksul pakuvad aatomite ja elektronide paigutuse põhjal uusi teadmisi aine käitumisest.

Varasemad mõõtmismeetodid olid oma tõhususega piiratud ja suutsid salvestada ainult protsesse, mida stimuleerisid suure energiaga laserimpulssid. Baumi ja tema meeskonna kavandatud uusarendus, mida rahastatakse 3,1 miljoni euro suuruse ERC Advanced Grant abil, püüab neid piiranguid ületada. Projekt kestab viis aastat ja selle eesmärk on luua uudsed elektronmikroskoobid, mis suudavad jälgida elektriliselt, magnetiliselt või muul viisil käivitatud protsesside täielikke stsenaariume. Spetsiaalselt genereeritud jadade ja ultralühikeste elektronimpulsside ruumimustrite abil on eesmärk saavutada aatomidünaamika terviklikum vaatlus.

Tehnoloogilised edusammud elektronmikroskoopias

Eriline väljakutse on teha mikroskoopilised struktuurimuutused lühikese aja jooksul nähtavaks. Uus ülikiire ülekandega elektronmikroskoop (UTEM) mängib selles uurimistöös võtmerolli. See kasutab "pump-touch" protsessi kahe viivitusega laserimpulsiga. Esimene laserimpulss ergastab proovi, teine ​​aga genereerib elektronimpulsi, mis kaardistab dünaamika. See tehnoloogia on Saksamaal ainulaadne ja võib muuta varasema metoodika revolutsiooniliseks.

UTEM saab palju kasu ajalahutusega elektronmikroskoopia edusammudest viimastel aastakümnetel. Nende tehnoloogiate täiustamiseks on tehtud tööd alates 1980. aastatest ning märkimisväärseid edusamme on teinud uurimisrühmad üle maailma, näiteks Göttingenis, kus alates 2010. aastast on välja töötatud uusi kaamerasüsteeme.

Kvantmehaaniliste mõõtmismeetodite uus ajastu

Lisaks elektronmikroskoopia edusammudele manipuleerisid Göttingeni ja Šveitsi teadlased hiljuti edukalt optilise mikrokiibi süsteemi abil elektronkiirt. Need leiud avavad uusi võimalusi kvantmehaaniliste mõõtmismeetodite kasutamiseks elektronmikroskoopias. Kasutades integreeritud fotoonikapõhiseid süsteeme, mis suudavad täpselt valgust suunata, paraneb vabade elektronide ja footonite vaheline interaktsioon. See võimaldab elektronkiirel läbida fotoonilise mikroresonaatori optilise lähivälja, mille tulemuseks on olulised muutused elektronide energias.

See võimaldab elektronidel neelata mitusada footonit, laiendades elektronkiirega manipuleerimise rakendatavust tavapärastes elektronmikroskoopides. See elektronmikroskoopia ja fotoonika kombinatsioon on väga oluline edusammude jaoks sellistes valdkondades nagu materjaliteadus, struktuuribioloogia ja kvantarvuti, kuna see võimaldab kõrge eraldusvõimega pildistamist ja spektroskoopiat.

Kokkuvõttes võib öelda, et uuenduslike tehnoloogiate, nagu Baumi attosekundiline elektronmikroskoop ja UTEM, ning kombinatsioon ülitäpse fotoonikaga mõõdetavate piiride nihkumine toob kaasa materjaliuuringute uue ajastu, kus dünaamilised protsessid aatomitasandil muutuvad üha selgemaks.