Nowe źródło zimnych elektronów

Artykuły
Brak komentarzy
Drukuj

Naukowcy z Australii odkryli nowe źródło zimnych elektronów, które może być przydatne w obrazowaniu struktur w skali atomowej. Źródło to może dostarczyć intensywnych oraz spójnych impulsów elektronowych o ściśle określonym kształcie a jego potencjalnym zastosowaniem może stać się dyfrakcyjne obrazowanie cząsteczek biologicznych, wirusów oraz nanostruktur.

Badania nad źródłem zimnych elektronów, pod kierownictwem Roberta Scholtena z University of Melbourne, rozpoczęły się od laserowego chłodzenia chmury atomów rubidu, składającej się z około miliarda atomów, do kilku milionowych części stopnia powyżej temperatury zera bezwzględnego (ok. -273 oC). Proces chłodzenia chmury atomowej wymagał użycia dwóch impulsowych laserów. Impulsy z pierwszego lasera powodowały wzbudzenie atomów rubidu tzn. energetyczne przejście ze stanu podstawowego o mniejszej energii do stanu o większej energii. Impulsy pochodzące z drugiego lasera dostarczały z kolei energię potrzebną do wybicia elektronów walencyjnych rubidu i w ten sposób wygenerowanie impulsów elektronów o temperaturze około 10 K. Dodatkowo, zastosowanie przestrzennego modulatora światła umożliwiło wytwarzanie impulsów elektronowych o skomplikowanych kształtach, co w porównaniu z konwencjonalnymi źródłami „gorących” elektronów jest niewątpliwie ogromną zaletą.

Przestrzenna koherencja

Zachowywanie kształtu przez impulsy elektronowe oznacza, że posiadają one wysoki stopień przestrzennej koherencji prostopadły do kierunku ich ruchu, a to czyni je idealnymi kandydatami do dyfrakcyjnego obrazowania materii. Zdaniem Scholtena poprzeczna długość (droga) koherencji wynosząca, w tym przypadku, około dziesięciu nanometrów jest wystarczająco duża, aby można było przeprowadzać dyfrakcyjne obrazowanie dużych cząsteczek biologicznych, jak również obiektów o bardzo małych rozmiarach np. wirusów. „Przestrzenna koherencja oznacza, że wiązka przemieszczających się elektronów jest bardzo równoległa, więc kiedy trafiają one w jakikolwiek cel, wiemy dokładnie skąd pochodzą,” wyjaśnił Scholten. Informacja ta jest bardzo ważna, ponieważ pozwoli na dokładną analizę obrazów dyfrakcyjnych, które są związane ze strukturą badanych obiektów.

wiązka zimnych elektronów o kształcie przypominającym logo Batmana
Wiązka zimnych elektronów o kształcie przypominającym logo Batmana

Systemy obrazowania dyfrakcyjnego stanowią istotne uzupełnienie technik mikroskopii atomowej oraz elektronowej. Obecnie, gdy istnieje już możliwość wpływania na kształt wiązki elektronowej być może uda się naukowcom omijać tzw. zjawisko „eksplozji Coulomba” stanowiące podstawową barierę w wytwarzaniu jasnych impulsów elektronowych. Spadek intensywności impulsów elektronów związany jest z ich podstawową cechą – ładunkiem elektrycznym. Zgodnie z prawem Coulomba nośniki jednoimiennie naładowane będą wzajemnie się odpychać, co w tym przypadku będzie powodować przestrzenne poszerzanie się wiązki elektronów podczas ich ruchu.

Scholten wspomniał, że pomysł wytwarzania wiązek elektronów o określonym kształcie został zaczerpnięty od naukowców z Technical University of Eindhoven (Holandia). „Ściśle z nimi współpracujemy. Holendrzy wykazują ogromne zainteresowanie opracowaną przez nas techniką. Ostatnio wysłaliśmy do nich nawet rysunki techniczne naszego układu”, powiedział Scholten. Zdaniem Thomasa Killiana z Rice University w Teksasie „odkrycie Scholtena powinno być traktowane jako potencjalne źródło elektronów, które będą mogły być wykorzystywane w urządzeniach przypominających działaniem mikroskop elektronowy.”

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com

Dodaj komentarz