世界最速の顕微鏡が電子の動きをアト秒で捉える：ScienceAlert

素粒子の世界を画像化する私たちの能力は、解像度だけでなく速度にも限界があります。原子を構成する粒子は自由に飛び回り、驚くべき速度で移動できます。 理論的には彼らは光の速度に近い速度で移動します。

実際には、電子は通常、はるかに遅い速度で移動しますが、これらの遅い速度でさえ、私たちの目やテクノロジーが認識できるよりもはるかに速いです。このため、電子の挙動を観察するのはやや困難になっていますが、現在は新しい顕微鏡画像技術の開発により、科学者は電子の動きをリアルタイムで捉えることができるようになりました。

これはアリゾナ大学ツーソン校のダンダン・ホイ氏とフセイン・アルカッタン氏率いる物理学者チームの研究によるもので、最大トト秒の速度で画像を撮影できる。そしてこれがそれです 京 2番目から。彼らはこの技術をマイクロサージャリーと呼びました。

「電子顕微鏡内の時間分解能の向上は長い間期待されており、多くの研究グループの関心の的となってきました。なぜなら私たちは皆、電子の動きを見たいと思っているからです。」 物理学者モハメド・ハッサンは言う アリゾナ大学ツーソン校出身。

「これらの動きはミリ秒のオーダーで起こります。しかし、透過型電子顕微鏡を使用して、初めてミリ秒以内の時間分解能を達成することができました。これを初めて見ることができます。」電子の一部が動いています。

透過型電子顕微鏡透過型電子顕微鏡 (TEM) は、物理世界の最小構造の画像を生成するために使用される技術です。画像の生成には光ではなく電子に依存します。電子ビームは物質のサンプルを透過します。電子とサンプルの間の相互作用によって画像が生成されます。たとえば、以下は白血球の透過型電子顕微鏡画像です。

透過型電子顕微鏡では、従来のカメラのシャッター速度ではなく、電子が通過するレーザーパルスの速度に依存します。レーザーパルスの継続時間が速いほど、得られる画像はより良くなります。したがって、より良い画質が必要な場合、これを達成する方法は、より短いパルスを発射できるレーザーを開発することです。

以前は、持続時間数トト秒までの微細なインクジェット レーザーが、静電気の短いバーストのように電車内で発射されました。

これはとても素晴らしいことですが、 ノーベル賞に値する業績しかし問題は、これにより一連の画像が生成されるにもかかわらず、電子の移動速度がわずかに速くなるため、パルス間の電子の変化が失われることです。

研究者らは、パルスビームの継続時間をわずかトト秒（電子がビーム内を移動する速度）まで短縮し、電子インクジェットカメラで静止フレームで撮影できるようにする方法を見つけられるかどうかを知りたいと考えていました。

このブレークスルーは、パルスを 2 つの光パルスと 1 つの電子パルスの 3 つに分割することによって達成されました。最初の光パルスはポンプパルスと呼ばれます。エネルギーを注入します グラフェン サンプルを移動させて電子を移動させます。

これに 2 番目の光パルスまたはゲート パルスが続き、ゲートまたは窓が作成されます。 「オープン」の間、単一アト秒電子パルスがサンプルに発射され、亜原子プロセスがアト秒速度で捕捉されます。

その結果、電子ダイナミクスの正確なマップが得られ、これらの重要な粒子がどのように動作するかについての新しい研究への扉が開かれるマップとなります。

「この透過型電子顕微鏡は、最新バージョンのスマートフォンに搭載された非常に強力なカメラです。電子など、これまで見えなかったものの写真を撮影できるようになります。」 ハッサンは言う。

「この顕微鏡を通じて、科学界が電子がどのように振る舞い、移動するかの背後にある量子物理学を理解できるようになることを願っています。」

この研究は、 科学の進歩。