Chuyển động của electron được ghi lại bằng kính hiển vi nhanh nhất thế giới: Khám phá động lực học siêu nhanh tại nguyên tử

Hãy tưởng tượng việc ghi lại chuyển động của một electron, một hạt có thể quay quanh Trái Đất nhiều lần chỉ trong một giây, trong một bức ảnh tĩnh. Theo Khoa học hàng ngàyđó chính xác là những gì các nhà nghiên cứu tại Đại học Arizona đã đạt được với sự phát triển đột phá của họ về kính hiển vi điện tử nhanh nhất thế giới. Thành tựu kỹ thuật đáng kinh ngạc này cho phép các nhà khoa học quan sát chuyển động của electron ở độ phân giải thời gian chưa từng có chỉ một phần nghìn tỷ giây hoặc một atto giây.

“Khi bạn có phiên bản mới nhất của điện thoại thông minh, nó đi kèm với một camera tốt hơn”, Mohammed Hassan, phó giáo sư vật lý và khoa học quang học cho biết. “Kính hiển vi điện tử truyền qua này giống như một camera rất mạnh mẽ trong phiên bản mới nhất của điện thoại thông minh; nó cho phép chúng ta chụp ảnh những thứ mà trước đây chúng ta không thể nhìn thấy — như electron. Với kính hiển vi này, chúng tôi hy vọng cộng đồng khoa học có thể hiểu được vật lý lượng tử đằng sau cách một electron hoạt động và cách một electron di chuyển”.

Những tiến bộ so với Kính hiển vi điện tử siêu nhanh trước đây

BẰNG Bản đồ mới báo cáo, kính hiển vi mới đưa kính hiển vi điện tử siêu nhanh lên một tầm cao mới. Nó tạo ra một xung điện tử atto giây duy nhất, cho phép nó bắt được chuyển động của điện tử theo thời gian thực. Đây là một cải tiến đáng kể so với các kính hiển vi trước đó sử dụng một chuỗi xung điện tử với tốc độ vài atto giây.

Độ phân giải thời gian được cải thiện của kính hiển vi này là đột phá. Nó cho phép các nhà nghiên cứu quan sát và nghiên cứu hành vi của các electron với độ chính xác chưa từng có. Bằng cách chụp ảnh tĩnh của các electron chuyển động, các nhà khoa học có thể có được những hiểu biết mới về các quá trình cơ bản chi phối thế giới của chúng ta ở quy mô nguyên tử.

Tiến bộ công nghệ này mở ra những khả năng thú vị cho khám phá khoa học. Nó có tiềm năng cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về động lực học electron và vai trò của chúng trong nhiều hiện tượng hóa học và vật lý. Với kính hiển vi này, các nhà nghiên cứu có thể khám phá ranh giới của khoa học atto giây và mở rộng ranh giới của những gì chúng ta biết về thế giới siêu nhanh.

Ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác nhau

Kính hiển vi điện tử atto giây có tiềm năng cách mạng hóa nghiên cứu trong vật lý, hóa học, kỹ thuật sinh học và khoa học vật liệu. Bằng cách cho phép các nhà khoa học quan sát hành vi của electron theo thời gian thực, công nghệ này có thể cung cấp những hiểu biết chưa từng có về thế giới lượng tử.

Trong tổng hợp vật liệu, các nhà nghiên cứu có thể sử dụng kính hiển vi này để nghiên cứu sự hình thành vật liệu mới ở cấp độ nguyên tử, dẫn đến sự phát triển của các vật liệu mới có đặc tính nâng cao. Thiết kế thuốc cũng có thể được hưởng lợi từ công nghệ này, vì nó cho phép các nhà khoa học quan sát cách thuốc tương tác với các phân tử mục tiêu theo thời gian thực, tạo điều kiện cho việc tạo ra các loại thuốc hiệu quả hơn và có mục tiêu hơn.

Hơn nữa, kính hiển vi điện tử attosecond có thể góp phần vào những tiến bộ trong y học cá nhân hóa bằng cách giúp các nhà nghiên cứu hiểu được những tương tác phân tử độc đáo trong tế bào của một cá nhân. Kiến thức này có thể dẫn đến các phương pháp điều trị phù hợp để giải quyết các tình trạng sức khỏe cụ thể hiệu quả hơn.

Nguồn hình ảnh: Wikimedia