Ученые создали "четырёхмерный" микроскоп

Новая разновидность электронного микроскопа способна генерировать видео на атомном уровне, показывающее тончайшие изменения, происходящие в материалах при внешнем воздействии или в ходе химических реакций. И это не было бы удивительным, если бы не временая шкала - новая установка способна раскладывать на множество кадров события, длящиеся триллионные доли секунды.

Оригинальная техника съёмки, названная четырёхмерной электронной микроскопией (4D electron microscopy), разработана в физико-биологическом центре науки и технологии ультрабыстрых процессов Калифорнийского технологического института.

В основе устройства - система, которая позволяет контролировать с высокой точностью траекторию каждого отдельного электрона, направляемого на образец. Причём изображение снимается (фиксируется отражённый сигнал) также по отдельности для каждого электрона (а они идут с точно отмерянными интервалами в фемтосекунду (10-15 секунд), а не для их "обобщённого" потока, как в установках прежних поколений.

Главный автор этого проекта Ахмед Зивейл в 1999-м получил Нобелевскую премию по химии за разработку метода ультрабыстрой съёмки молекул, освещаемых сверхкороткими лазерными импульсами. Тот способ придал съёмке атомарного масштаба новое измерение - время, но не давал того высокого пространственного разрешения, которое было присуще электронным микроскопам.

Для проверки аппарата они пронаблюдали за тонкими (порядка нанометра) листами золота и графита. Удалось визуализировать небольшие и очень быстротечные (с частотой порядка мегагерца) механические колебания таких структур (в частности, возникающие при быстром нагреве образца), которые можно было зафиксировать во всех деталях, только преодолев по шкале времени пикосекундный масштаб и пойдя дальше, практически к фемтосекундам.

Ранее мы рассказывали, как учёные добивались съёмки движения отдельных молекул с фемтосекундным масштабом при помощи ультракоротких лазерных импульсов, как с помощью схожей техники удалось зафиксировать перемещение электронов в молекуле в ходе химической реакции и как исследователи запечатлевали внутреннюю структуру образцов на атомном уровне при помощи очень мощного сверхкороткого рентгеновского импульса.