Электронный стробоскоп показал движение отдельных атомов

Со стробоскопическим эффектом каждый из нас знаком не понаслышке – именно на основе этого феномена основано современные телевизионные системы, когда за секунду отображается лишь 24 кадра, а плавность движения обусловлена инерционностью человеческого зрения. Однако стробоскопический эффект используется не только для развлечений – он же используется и для научных наблюдений и изучений быстрых периодических движений. В последнем случае освещаемый короткими вспышками света движущийся объект кажется для наблюдателя неподвижным.

В последнем случае появляется возможность изучения очень скоростных процессов, длительность которых может составлять доли секунд. Но самое интересное, что подобная техника позволяет наблюдать процессы, происходящие на микроуровне, причем длительность которых не превышает нескольких пикосекунд. Но для этого необходимо использовать очень короткие и частые вспышки для освещения изучаемого объекта, и с этой ролью отлично справляются электронные пучки, позволяющие наблюдать в движении отдельные атомы.

Разработчиком нового метода изучения ультрабыстрых процессов, происходящих на микроуровнях, стал обладатель Нобелевской премии за изучение химических реакция, скорость которых не превышает нескольких фемтосекунд, Ахмед Зевайл (Ahmed Zewail), сотрудник технологического университета Калифорнии (California Institute of Technology). Метод получил обозначение ультрабыстрой электронной микроскопии.

Как мы уже отметили, для изучения процессов используется поток электронов, полученный следующим образом: при помощи лазера осуществляется освещение катода микроскопа короткими, длительностью около сотен фемтосекунд, импульсами ультрафиолетового излучения. Бомбардировка катода фотонами приводит к формированию потока электронов той же длительностью, причем количество «выбитых» электронов составляет всего лишь несколько десятков.

Подобные короткие электронные вспышки работают как короткие вспышки света в более привычных для обывателя устройствах – проекторах, телевизионных системах и пр. В результате получается четкое изображения чрезвычайно скоростных процессов, например, движения отдельных атомов, поведения молекул ДНК и пр. Таким образом, исследователи получают в свое распоряжение уникальный инструмент для изучения недоступных ранее для наблюдения процессов на микроуровне. В будущем подобная техника получит свое развитие – уже сейчас ученым удалось получить импульсы света продолжительностью всего лишь 80 аттосекунд, а значит, в скором времени можно будет осуществлять наблюдения скоростных процессов с большим разрешением по шкале времени.