Hanno creato un microscopio in grado di “vedere” gli elettroni in movimento

Un team di ricercatori dell’Università dell’Arizona ha compiuto progressi senza precedenti nel campo della microscopia, sviluppando un dispositivo in grado di catturare la dinamica degli elettroni mentre si muovono. Questo microscopio, descritto come il più veloce al mondo, apre nuovi orizzonti nell’osservazione dei processi elettronici ultravelociRappresenta un enorme passo avanti nella capacità di osservazione scientifica a livello atomico. Lo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances, Segna la nascita della “fluoroscopia atomica”, il termine che definisce questa tecnologia innovativa.

Lo sviluppo di questo microscopio è il risultato di anni di ricerca e miglioramento. Gli scienziati hanno superato uno dei maggiori limiti della microscopia: l’incapacità di “vedere” gli elettroni in movimento, a causa della velocità e della scala con cui si verificano questi fenomeni. Finora monitorare il movimento degli elettroni era un compito quasi impossibile, ma questo nuovo dispositivo sta cambiando le regole del gioco.

Il progetto, guidato dal professor Mohammed Hassan, fisico di spicco ed esperto di scienze ottiche, e dal suo team composto da Dandan Hui, Hussein Al-Qattan e Mohammed Al-Sanari, ha raggiunto una precisione temporale senza precedenti. Questo microscopio opera su scale temporali del totosecondo, permettendoci di osservare eventi che si verificano in frazioni di secondo così piccole che prima erano irraggiungibili. Un totosecondo è un miliardesimo di nanosecondo e consente un’esplorazione più profonda delle interazioni elettronicheÈ fondamentale comprendere diversi processi come la fotosintesi, la superconduttività e il trasferimento di carica nei materiali avanzati.

Il microscopio sviluppato dal team dell’Università dell’Arizona combina un acceleratore di elettroni ultraveloce con un sistema di rilevamento avanzato. Questa tecnologia consente di catturare immagini con una risoluzione temporale senza precedenti, superando i limiti dei microscopi elettronici convenzionali.Che non poteva registrare il movimento degli elettroni in tempo reale.

Una chiave di questo progresso è la capacità del microscopio di generare impulsi elettronici incredibilmente brevi, che possono essere utilizzati per “illuminare” gli elettroni in movimento. Questi impulsi ad attosecondi agiscono come un lampo ultraveloce che congela il movimento degli elettroni, consentendo agli scienziati di osservare direttamente la loro dinamica. “Utilizzando questo microscopio, speriamo che la comunità scientifica possa comprendere la fisica quantistica alla base del comportamento dell’elettrone. Il professor Hassan ha spiegato in un articolo di giornale presso l’Università dell’Arizona come si muove l’elettrone.

Inoltre, il team è riuscito a ridurre l’interferenza causata dagli elettroni stessi durante il processo di osservazione, che aveva rappresentato un ostacolo importante negli sviluppi precedenti. Questa riduzione delle interferenze è stata fondamentale per ottenere immagini chiare e precise, consentendo una migliore interpretazione dei fenomeni osservati.

Lo sviluppo di questa tecnologia supporta sviluppi precedenti che hanno portato Pierre Agostini, Ferenc Kraus e Anne Lhuillier a ricevere il Premio Nobel per la fisica nel 2023. Questi scienziati sono stati in grado di generare il primo impulso di intensa radiazione ultravioletta durante questo breve periodo. Che può essere misurato in totosecondi, che è un parametro fondamentale per le tecniche utilizzate in questa ricerca.

Le applicazioni di questa tecnologia sono ampie e potrebbero trasformare molti settori della scienza e dell’ingegneria. In chimica, la capacità di monitorare il trasferimento di elettroni in tempo reale potrebbe aprire nuovi orizzonti per lo sviluppo di catalizzatori più efficienti, con un impatto significativo sul settore energetico. In biologia, la microscopia può essere utilizzata per studiare le reazioni biochimiche fondamentali a un livello senza precedenti, fornendo nuove informazioni sul funzionamento dei sistemi biologici a livello molecolare.

Anche in fisica, lo studio di materiali avanzati, come superconduttori e semiconduttori, può trarre grandi benefici da questa tecnologia, che potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi elettronici più efficienti e veloci. La stessa fisica quantistica potrebbe essere testimone di una nuova rivoluzione grazie a questo strumentoCiò fornisce una comprensione più profonda del movimento degli elettroni e della loro connessione con le dinamiche strutturali della materia.

Il microscopio sviluppato dal team dell’Università dell’Arizona rappresenta un progresso storico nella scienza moderna. La capacità di “vedere” gli elettroni in movimento apre nuovi orizzonti nella comprensione della fisica quantistica e promette applicazioni rivoluzionarie nella chimica, nella biologia e nella tecnologia dei materiali. Questo risultato scientifico è solo l’inizio di una nuova era nel monitoraggio e nella manipolazione dei processi atomici ed elettronici, con implicazioni che potrebbero cambiare il corso della ricerca scientifica negli anni a venire.