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突破時(shí)間分辨率極限,阿秒顯微鏡可抓拍運(yùn)動(dòng)電子圖像

發(fā)布時(shí)間:2024/8/22 9:47:52編輯:Ma Liang
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電子的運(yùn)動(dòng)速度極快,一秒鐘內(nèi)就能繞地球好幾圈。美國(guó)亞利桑那大學(xué)團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款世界上最快的阿秒顯微鏡,能做到抓拍運(yùn)動(dòng)電子的定格圖像。該顯微鏡將為物理學(xué)、化學(xué)、生物工程、材料科學(xué)等領(lǐng)域帶來(lái)突破。研究成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。


透射電子顯微鏡可將物體放大到實(shí)際尺寸的數(shù)百萬(wàn)倍。這種顯微鏡不使用可見光,而是將電子束引導(dǎo)穿過研究樣本。電子與樣本之間的相互作用被鏡頭捕捉,并由相機(jī)傳感器檢測(cè),以生成樣本的詳細(xì)圖像。


利用這些原理的超快電子顯微鏡,使用激光產(chǎn)生脈沖電子束。這種技術(shù)大大提高了顯微鏡的時(shí)間分辨率,即測(cè)量和觀察樣本隨時(shí)間變化的能力。在這些超快顯微鏡中,透射電子顯微鏡的分辨率不是依靠相機(jī)快門速度來(lái)決定,而是由電子脈沖的持續(xù)時(shí)間決定。

為了看到定格的電子,研究團(tuán)隊(duì)首次生成了1阿秒的電子脈沖,其速度與電子移動(dòng)速度一樣快,從而提高了顯微鏡的時(shí)間分辨率,就像高速攝像機(jī)捕捉到原本不可見的運(yùn)動(dòng)一樣。

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在新顯微鏡中,強(qiáng)大的激光被分裂并轉(zhuǎn)換成兩部分,一個(gè)非?斓碾娮用}沖和兩個(gè)超短的光脈沖。第一個(gè)光脈沖稱為泵浦脈沖,它將能量輸送到樣品中,使電子移動(dòng)或發(fā)生其他快速變化;第二個(gè)光脈沖稱為光門控脈沖,它的作用類似于門,通過創(chuàng)建一個(gè)短暫的時(shí)間窗口來(lái)生成門控的單個(gè)阿秒電子脈沖。因此,門控脈沖的速度決定了圖像的分辨率。通過仔細(xì)同步這兩個(gè)脈沖,團(tuán)隊(duì)可控制電子脈沖對(duì)樣品的探測(cè),從而首次使用顯微鏡拍到運(yùn)動(dòng)中的電子。

總編輯圈點(diǎn):

想象一下,有一臺(tái)功能極其強(qiáng)大的相機(jī),它可給運(yùn)動(dòng)中的電子抓拍定格照片,那將給微觀研究領(lǐng)域帶來(lái)多么大的助力!不過,電子運(yùn)動(dòng)都發(fā)生在阿秒級(jí)范疇,想要實(shí)現(xiàn)抓拍,必須突破現(xiàn)有顯微鏡技術(shù)。本文的研究團(tuán)隊(duì)成功讓電子透射顯微鏡獲得了阿秒級(jí)時(shí)間分辨率,這是完成抓拍的最關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。憑借此技術(shù),人們將能看到此前光學(xué)顯微鏡無(wú)法捕捉的神奇畫面。


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(來(lái)源: 科技日?qǐng)?bào) )

標(biāo)簽:傳感器,顯微鏡

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