Die weltweit schnellste Mikroskop macht ihr Debüt
Die Bewegung der sausenden Elektronen wurde wie nie zuvor eingefangen.
Forscher haben ein laserbasiertes Mikroskop entwickelt, das Bilder mit einer Geschwindigkeit von Attosekunden - oder einem Milliardstel eines Milliardstel Sekunde - aufnimmt. Die Technik, genannt "Attomikroskopie", kann die flinke Bewegung von Elektronen innerhalb eines Moleküls mit einer viel größeren Präzision erfassen als zuvor möglich, berichtet der Physiker Mohammed Hassan und Kollegen am 21. August in Science Advances.
"Ich versuche immer, die Dinge zu sehen, die noch niemand gesehen hat", sagt Hassan von der Universität Arizona in Tucson.
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Das Attomikroskop ist ein modifiziertes Transmissionselektronenmikroskop, das einen Strahl von Elektronen verwendet, um Dinge so klein wie ein paar Nanometer zu abbilden. Wie Licht können Elektronen als Wellen betrachtet werden. Diese Wellenlängen sind jedoch viel kleiner als die des Lichts. Das bedeutet, dass ein Elektronenstrahl eine höhere Auflösung als ein konventioneller Laser hat und kleinere Dinge wie Atome oder Wolken anderer Elektronen erkennen kann.
Um ihre superschnellen Bilder zu erhalten, verwendeten Hassan und Kollegen einen Laser, um den Elektronenstrahl in ultrakurze Pulse zu zerhacken. Wie der Verschluss einer Kamera erlaubten es ihnen diese Pulse, ein neues Bild der Elektronen in einer Schicht Graphen alle 625 Attosekunden aufzunehmen - grob tausendmal schneller als die bisherigen Techniken.
Das Mikroskop kann noch keine Bilder eines einzelnen Elektrons aufnehmen - das würde eine extrem hohe räumliche Auflösung erfordern. Aber indem sie die gesammelten Bilder zusammenfügen, haben Wissenschaftler einen Art Stop-Motion-Film erstellt, der zeigt, wie eine Ansammlung von Elektronen durch ein Molekül bewegt.
Die Technik könnte es Forschern ermöglichen, zu beobachten, wie eine chemische Reaktion abläuft oder wie Elektronen durch DNA wandern, sagt Hassan. Diese Informationen könnten Wissenschaftlern helfen, neue Materialien oder personalisierte Medikamente zu entwickeln.
"Mit diesem neuen Werkzeug versuchen wir, eine Brücke zwischen dem, was Wissenschaftler im Labor finden können, und realen Anwendungen zu bauen, die sich auf unser tägliches Leben auswirken könnten", sagt er.
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D. Hui et al. Attosekunden-Elektronenmikroskopie und -beugung. Science Advances. Online veröffentlicht am 21. August 2024. doi: 10.1126/sciadv.adp5805.
Skyler Ware war 2023 AAAS Mass Media Fellow bei Science News. Sie hat einen Doktortitel in Chemie von Caltech, wo sie chemische Reaktionen studierte, die Strom verwenden oder erzeugen.
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