Chụp được electron di chuyển với tốc độ 7.920.000 km/h

Nhóm nhà vật lý tại Đại học Arizona phát triển kính hiển vi điện tử nhanh nhất thế giới, là phiên bản nâng cấp của kính hiển vi điện tử truyền qua, có thể chụp electron di chuyển với tốc độ 7.920.000 km/h.

Thiết bị mới có thể chụp ảnh electron đang di chuyển bằng cách bắn xung electron với thời gian một phần tỷ tỷ giây. Tốc độ di chuyển của electron cực nhanh, khoảng 2.200 km/s hay 7.920.000 km/h, có thể bay vòng quanh Trái Đất chỉ trong 18,4 giây.

Nhóm nghiên cứu hy vọng, kính hiển vi này sẽ giúp phát hiện mới về cách những hạt electron tí hon chuyển động.

Tác giả chính của nghiên cứu, Mohammed Hassan, phó giáo sư vật lý và quang học tại Đại học Arizona, cho biết, kính hiển vi điện tử truyền qua này giống như một chiếc camera rất mạnh trong phiên bản smartphone mới nhất, cho phép chụp ảnh những thứ mà trước đây chúng ta không thể nhìn thấy như electron.

Việc các electron di chuyển quá nhanh gây khó khăn lớn cho giới chuyên gia. Vào đầu những năm 2000, các nhà vật lý đã phát triển phương pháp tạo ra xung atto giây (hay một phần tỷ tỷ giây) để tạo ra thời gian phơi sáng có thể chụp chuyển động của electron. Nghiên cứu này đã mang lại giải Nobel Vật lý năm 2023 cho bộ ba Pierre Agostini, Ferenc Krausz và Anne L'Huilliere.

Các nhà vật lý đã giảm thời gian phơi sáng của kính hiển vi xuống quy mô vài atto giây. Bằng cách này, họ đã giải mã được cách electron mang điện, cách chúng hoạt động bên trong chất bán dẫn và nước lỏng, cách các liên kết hóa học giữa những nguyên tử bị phá vỡ. Tuy nhiên, quy mô vài atto giây vẫn quá lớn để chụp chuyển động riêng lẻ của electron.

Trong nghiên cứu mới, súng electron đã được cải tiến để tạo ra xung chỉ một atto giây. Các xung này bắn vào mẫu vật, khiến các electron chậm lại khi đi qua đó và thay đổi hình dạng của mặt sóng chùm electron. Một thấu kính sẽ làm khuếch đại chùm electron chậm, sau đó chạm đến một vật liệu huỳnh quang. Khi chùm electron chạm tới, vật liệu này sẽ phát sáng.

Hassan cho biết, độ phân giải thời gian atto giây với kính hiển vi điện tử truyền qua của mình được gọi là 'hiển vi atto' giúp các nhà khoa học lần đầu tiên có thể nhìn thấy các phần của electron đang chuyển động. Các nhà nghiên cứu tin rằng, thành công này sẽ dẫn đến những tiến bộ đột phá trong vật lý, hóa học, kỹ thuật sinh học, khoa học vật liệu và nhiều lĩnh vực khác.