El microscopio más rápido del mundo puede ver electrones en movimiento
Los científicos han creado el microscopio más rápido del mundo, que esperan responda preguntas fundamentales sobre cómo se comportan los electrones.
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Los físicos han creado el microscopio más rápido del mundo, y es tan rápido que puede detectar electrones en movimiento.
El nuevo dispositivo, una versión más reciente de un microscopio electrónico de transmisión, captura imágenes de electrones en vuelo golpeándolos con pulsos de electrones de una quintillónésima de segundo.
Esto es toda una hazaña: los electrones viajan a aproximadamente 1367 millas por segundo (2200 kilómetros por segundo), lo que los hace capaces de circunnavegar la Tierra en sólo 18,4 segundos.
Al utilizar el microscopio en las partículas diminutas, los investigadores esperan hacer nuevos descubrimientos sobre cómo emprenden el vuelo. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 21 de agosto en la revista Science Advances.
"Este microscopio electrónico de transmisión es como una cámara muy potente de la última versión de los teléfonos inteligentes; nos permite tomar fotografías de cosas que antes no podíamos ver, como electrones", explica el autor principal Mohammed Hassan, profesor asociado de física y ciencias ópticas de la Universidad de Arizona, dijo en un comunicado. "Con este microscopio, esperamos que la comunidad científica pueda comprender la física cuántica detrás de cómo se comporta y se mueve un electrón".
Cómo se organizan y reorganizan los electrones dentro de los átomos y las moléculas es una cuestión esencial tanto en física como en química, pero la naturaleza veloz de las diminutas partículas las hace increíblemente difíciles de estudiar.
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Para crear un tiempo de exposición capaz de capturar los movimientos de los electrones, los físicos desarrollaron métodos para generar pequeños pulsos de attosegundos (o 1X10^-18 segundos) a principios de la década de 2000, un avance que les valió a los científicos que lo otorgaron el Premio Nobel de Física 2023. .
Al reducir el tiempo de exposición de los microscopios a la escala de unos pocos attosegundos (un attosegundo es a un segundo lo que un segundo a la edad del universo), los físicos han descifrado cómo los electrones transportan carga, cómo se comportan dentro de los semiconductores y del agua líquida, y cómo los enlaces químicos entre átomos se se rompen.
Pero incluso la escala de unos pocos attosegundos es demasiado grande para capturar los movimientos individuales de los electrones. Para lograr esto, los físicos detrás del nuevo estudio ajustaron un cañón de electrones hasta que produjo un pulso de sólo un attosegundo.
Estos pulsos golpean la "muestra" que se está estudiando y, a medida que los electrones la atraviesan, se ralentizan y cambian la forma del frente de onda del haz de electrones. El haz ralentizado luego se magnifica mediante una lente y luego incide en un material fluorescente que brilla cuando el haz cae sobre él.
Al emparejar el pulso de electrones con dos pulsos de luz cuidadosamente sincronizados (para excitar los electrones del material y ayudar en la creación del pulso de electrones, respectivamente), pudieron sondear los movimientos ultrarrápidos de los electrones dentro de los átomos.
"Podemos alcanzar una resolución temporal de attosegundos con nuestro microscopio de transmisión electrónica, y lo llamamos 'attomicroscopía'", dijo Hassan. "Por primera vez podemos ver fragmentos de electrones en movimiento".