[ad_1]
به گزارش بام وطن
به گزارش interestingengineering، محققان دانشگاه آریزونا سریعترین میکروسکوپ الکترونی جهان را ساختهاند؛ این میکروسکوپ قادر است تا از الکترونهای متحرک، تصاویر فریم انجمادی ثبت کند. دانشمندان پیشبینی میکنند که این نوآوری تبدیل پیشرفتهای قابلتوجهی در رشتههایی همانند فیزیک، شیمی، مهندسی زیستی، علم مواد و فراتر از آنها شود.
محمد حسن، دانشیار فیزیک و علوم نوری دراینباره او گفت: «این ابزار تازه از بیشترین وضوح وقتی برای انجماد زمان و دیدن حرکات الکترون برخوردار است و این تصویربرداری الکترونی اتمیکروسکوپی، پلی قوی برای تبدیل یافتههای علمی به کاربردهای مهندسی خواهد می بود.»
او در توضیح زیاد تر او گفت: «امیدواریم تا جامعه علمی با منفعتگیری از این میکروسکوپ بتواند فیزیک کوانتومی که در بعد چگونگی حرکت یک الکترون و نحوه حرکات آن نهفته است را فهمیدن کند.»
اولین بار در دهه ۲۰۰۰ می بود که میکروسکوپهای الکترونی فوقسریع گسترش یافتند؛ در این میکروسکوپها، برای تشکیل پرتوهای الکترونی پالسی از لیزر منفعت گیری میشود و همین به شکل قابلتوجهی قوت تفکیک وقتی (توانایی مشاهده تغییرات در یک نمونه در طول زمان) را افزایش میدهد.
برخلاف میکروسکوپهای سنتی که کیفیت عکس در آنها بهشدت شاتر دوربین بستگی دارد، وضوح در این میکروسکوپهای الکترونی پیشرفته با طول زمان پالسهای الکترونی تعیین میشود.
اصل ساده: پالس سریع تر، عکس آشکارتر
میکروسکوپهای الکترونی فوقسریع قبلی، با ارسال یک سری پالسهای الکترونی با شدتهای اندازهگیری شده در آتوثانیه (یک کوئنتیلیونم ثانیه) کار میکردند. این پالسها تصاویری متوالی همانند فریمهای یک فیلم را تشکیل میکردند؛ اما تغییرات سریع و عکس العملهای درون یک الکترون بین این فریمها مبهم باقی میماند.
اکنون و برای اولین بار، محققان دانشگاه آریزونا یک پالس الکترونی آتوثانیه ای تشکیل کردند که یک الکترون را در حالت ثابت، مطابق با شدت حرکت الکترونها، به عکس میکشد. این پیشرفت، علتافزایش وضوح وقتی میکروسکوپ میشود. دقیقاً همانند دوربینی با شدتبالا که آنچه در حال عادی به چشم نمیآیند را به عکس میکشد.
گسترش نظریه برنده جایزه نوبل
حسن و تیمش، این پروژه را بر پایه کار پیر آگوستینی، فرنس کراوس و آن لوهیلیر که در سال ۲۰۲۳ جایزه نوبل فیزیک را برای تشکیل اولین پالس پرتو فرابنفش شدید بهاندازه کوتاهی که در آتوثانیه اندازهگیری شود، دریافت نمودند، اغاز کردند.
عمل بزرگ این سه دانشمند، این امکان را فراهم کرد تا با منفعت گیری از پالسهای نوری آتوثانیه، حرکت الکترون در زمان واقعی ردیابی شود. حسن دراینباره او گفت: «کار ما بر پایه کوششهای این دانشمندان، با تشکیل اولین پالسهای الکترونی آتوثانیه ساختهشده و آن را گسترش میدهد و اینگونه قابلیت دیدن حرکت الکترون در فضا و زمان را بهطور همزمان فراهم خواهد شد.»
نحوه کارکرد میکروسکوپ
بدین ترتیب محققان دانشگاه آریزونا، میکروسکوپ گسترش یافتهای را گسترش دادند که از لیزر قدرتمندی که به دو قسمت تقسیم میشود، منفعت گیری میکند: یک پالس الکترونی زیاد سریع و دو پالس نوری فوق مختصر.
اولین پالس نور که بهگفتن “پمپ پالس” شناخته میشود، انرژی را به نمونه داخل کرده و علتحرکت الکترونها یا تغییرات سریع دیگر میشود. پالس دوم که “پالس دروازه نوری” نام دارد، با تشکیل یک پنجره وقتی مختصر که طی آن یک پالس الکترونی آتوثانیهای تشکیل میشود، بهگفتن یک دروازه عمل میکند. زمان این پالس دروازهای وضوح عکس حاصل را تعیین میکند.
با همگامسازی این دو پالس، محققان دقیقاً زمان تعامل پالسهای الکترونی با نمونه را کنترل کرده و بدین ترتیب فرآیندهای فوقسریع در سطح اتمی را ضبط و مشاهده میکنند.
اتمیکروسکوپی و علوم مواد، شیمیایی و بیولوژیکی
حسن درمورد اهمیت این نقطه عطف بزرگ و در جواب به سؤالی درمورد این که این میکروسکوپ به ما اجازه میدهد تا چیزهایی که قبلاً نمیتوانستیم را ببینیم او گفت: «اتمیکروسکوپی، مورفولوژی ساختار مواد را با دینامیک الکترونی آن مرتبط میکند و برایمان امکان تصویربرداری و کنترل جریانهای الکترونی و گسترش الکترونیکهای میدان محور لیزری را میلیونها بار سریع تر از الکترونهای جاری در ابعاد کوچک چند نانومتری فراهم میکند.»
او در ادامه گفت: «کاربرد اتمیکروسکوپی تنها در مهندسی نیست و میتوان آن را در شیمی و زیستشناسی نیز به کار برد. مشاهده حرکت الکترون با میکروسکوپ اتمیکروسکوپی را میتوان برای مشاهده شکستن و راه اندازی بدنه شیمیایی مورداستفاده قرار داد. این قابلیت تازه به ما این امکان میدهد تا به انتظار طویلزمان شیمیدانان برای کنترل عکس العملهای شیمیایی آخر دهیم؛ بدین ترتیب ما میتوانیم مولکولهای جدیدی تشکیل کرده و حوزه تحقیقاتی کشف دارو را منقلب کنیم.»
سرپرست این تیم در رابطه با کاربرد این میکروسکوپ در علم زیستشناسی او گفت: «اتمیکروسکوپی برای مشاهده حرکت الکترون در مولکولها و مثالهای بیولوژیکی نیز سودمند خواهد می بود. فکر کنید بتوانیم ببینیم که الکترونها چطور حرکت میکنند و آنها را در صورت نیاز تحت کنترل دربیاوریم تا ساختار سهبعدی DNA را قبول کنیم. این درواقع راه را برای پیشرفتهای علمی و فناوری زیاد تر بازخواهد کرد.»
منفعتگیری از فناوری در علم کاربردی
اما سؤالی که نقل است این است که این میکروسکوپ چه کاربردهایی در فناوری قابلمنفعت گیری دارد؟ حسن دراینباره او گفت: «یک مثال اشکار این است که ما ازآنچه از تصویربرداری حرکت الکترون در گرافن که توسط اتمیکروسکوپی ثبت شد، یاد گرفتیم تا چطور برای گسترش سوئیچهای جریان آتوثانیه و اپتوالکترونیک مبتنی بر گرافن فوقسریع منفعت گیری کنیم.»
این به معنی گسترش سریع (تقریباً شش برابر سریع تر) ترانزیستورهای نوری، الکترونیک امواج نور و کامپیوترهای کوانتومی نوری خواهد می بود. حسن در جواب به این سوال که این پیشرفت برای ماهیت فیزیک کوانتومی چه کاربردی خواهد داشت و چرا تماشای یک الکترون در حال حرکت الزامی است او گفت: «این سوال مهمی است. ما در تلاشیم تا حرکت کوانتومی حرکت الکترون را از منظر ایستا فهمیدن کنیم. اتمیکروسکوپی دروازه جدیدی در زمان را به روی ما باز میکند تا حرکت کوانتومی الکترونها را در زمان و مکان واقعی ببینیم و فهمید شویم و در عین حال میتواند در حکم دوربین کوانتومی برای فیلمبرداری از این دنیای مرموز باشد.»
دسته بندی مطالب
خبرهای ورزشی
[ad_2]
