El microscopio más rápido del mundo captura electrones con una precisión de attosegundos
La microscopía electrónica existe desde hace casi un siglo, pero una versión moderna que batió récords finalmente logró lo que los físicos habían esperado décadas para ver: por primera vez, un microscopio electrónico de transmisión captura un electrón con tal claridad que se pueden ver sus componentes individuales. Los investigadores creen que han desbloqueado un reino completamente nuevo de la ciencia óptica que ahora llaman “attomicroscopía” que influirá en los mundos de la física cuántica, la biología y la química.
El 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 de 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 mejor cámara”, dijo Hassan en un Declaración universitaria adjunta El miércoles, “… Con este microscopio, esperamos que la comunidad científica pueda comprender la física cuántica que se esconde detrás de cómo se comporta y se mueve un electrón”.
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Mientras que el microscopio electrónico original Llegó a principios de la década de 1930 (aún existe una controversia hasta el día de hoy sobre ¿Quién lo inventó? El primero de ellos), los científicos han recurrido a los llamados microscopios electrónicos de transmisión desde la década de 2000. En estos dispositivos, los objetos se amplían millones de veces
Pero incluso en este caso, el problema son los “attosegundos”, en plural. Si los físicos alguna vez hubieran esperado capturar un solo electrón congelado en un lugar y detallar sus incomprensiblemente rápidas reacciones e interacciones subatómicas, necesitarían un microscopio electrónico de transmisión capaz de disparar un solo pulso de attosegundo. Para que esto fuera una realidad, los investigadores recurrieron al trabajo iniciado por los ganadores del Premio Nobel de Física de 2023, quienes generaron el primer pulso de radiación ultravioleta extrema, también medido en attosegundos. Con esa base, el equipo finalmente logró ese 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 electrones y dos pulsos de luz ultracorta. El primer pulso de luz, llamado pulso de bombeo, activa los electrones de una muestra. A continuación, se inicia lo que se conoce como pulso de activación óptica, lo que permite un marco de tiempo infinitesimal para que un pulso de electrones de un attosegundo se emita desde el microscopio. Una vez que los dos pulsos de luz ultracortos están correctamente sincronizados, los operadores cronometran los pulsos de electrones para ayudar a capturar eventos atómicos con una resolución temporal de nivel de attosegundo.
“La mejora de la resolución temporal en el interior de los microscopios electrónicos se ha esperado desde hace tiempo y es el foco de atención de muchos grupos de investigación”, dijo Hassan el miércoles. “… Por primera vez, podemos ver fragmentos del electrón en movimiento”.
Según el resumen del estudio, el microscopio de attosegundos permitirá a los físicos, científicos ópticos y otros expertos estudiar el movimiento de los electrones con un nivel de detalle sin precedentes y “conectarlo directamente con la dinámica estructural de la materia en los dominios del tiempo real y del espacio”. Esto, dicen, con suerte allanará el camino para “aplicaciones científicas de attosegundos en la vida real, en la física cuántica, la química y la biología”.