La microscopía electrónica existe desde hace casi un siglo, pero una nueva tecnología finalmente ha permitido lograr lo que los físicos llevaban décadas esperando: por primera vez, un microscopio electrónico de transmisión captura un electrón con tal claridad que permite distinguir al individuo. componentes. Los investigadores creen haber descubierto un área completamente nueva de la ciencia óptica a la que ahora llaman “attomirscopia”, que influirá en los mundos de la física, la biología y la química cuánticas.
Este avance proviene de un equipo dirigido por expertos de la Universidad de Arizona y se detalla en un nuevo estudio publicado el 21 de agosto en Avances científicosMohammed Hassan, profesor asociado de física y ciencias ópticas en la UA, compara los microscopios electrónicos de transmisión con la cámara de un teléfono inteligente.
«Cuando obtienes la última versión de un teléfono inteligente, viene con una cámara mejor», dijo Hassan en un declaración universitaria adjunta Miércoles. “…Con este microscopio esperamos que la comunidad científica pueda comprender la física cuántica detrás del comportamiento y movimiento de un electrón. »
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Mientras que el microscopio electrónico original sucedió a principios de la década de 1930 (todavía hay controversia sobre esto hoy en día) quien inventó Desde la década de 2000, los científicos confían en los llamados microscopios electrónicos de transmisión. En estos dispositivos, los objetos se amplían. millones de veces Los microscopios ópticos son capaces de realizar mediciones mucho más grandes que los microscopios ópticos. Esto se debe a que dependen de pulsos de rayos láser electrónicos disparados hacia un objetivo. A partir de ahí, sensores y lentes de cámara extremadamente precisos toman imágenes de estas partículas atómicas a medida que pasan a través de la muestra. Los cambios observados en un sujeto entre estas imágenes constituyen lo que se llama la resolución temporal de un microscopio. Para aumentar la resolución, los investigadores recurrieron a acelerar estas ráfagas láser hasta que duraron attosegundos, o unas pocas quintillónésimas de segundo.
Pero incluso aquí el problema es el de los “attosegundos”, en plural. Si los físicos alguna vez esperaran capturar un solo electrón congelado en su lugar y detallar sus increíblemente rápidas reacciones e interacciones subatómicas, necesitarían un microscopio electrónico de transmisión capaz de disparar un solo pulso de attosegundo. Para hacer realidad este proyecto, los investigadores recurrieron al trabajo de los premios Nobel de Física de 2023, quienes generaron el primer pulso de radiación ultravioleta extrema, medida también en attosegundos. Utilizando esta base, el equipo finalmente logró este punto de referencia de un attosegundo.
Para ello, los investigadores desarrollaron y construyeron un nuevo microscopio que divide su láser en un único pulso de electrón y dos pulsos de luz ultracortos. El primer pulso de luz, llamado pulso de bomba, alimenta los electrones de una muestra. Luego, se activa lo que se llama un pulso de disparo óptico, dejando un tiempo infinitesimal para que el microscopio emita un pulso electrónico de attosegundo. Una vez que los dos pulsos de luz ultracortos están sincronizados correctamente, los operadores cronometran los pulsos electrónicos para ayudar a capturar los eventos atómicos con una resolución temporal de nivel de attosegundos.
«La mejora de la resolución temporal de los microscopios electrónicos es una necesidad desde hace mucho tiempo y es objeto de mucha investigación», dijo Hassan el miércoles. “…Por primera vez podemos ver fragmentos de electrones en movimiento. »
Según el resumen del estudio, el microscopio de attosegundos permitirá a físicos, ópticos y otros expertos estudiar el movimiento de los electrones con un nivel de detalle sin precedentes y «vincularlo directamente a la dinámica estructural de la materia en los dominios del tiempo y el espacio real». Esto, dicen, allanará el camino para “aplicaciones científicas del attosegundo en la vida real en física cuántica, química y biología”.
