Gli scienziati hanno raggiunto un traguardo straordinario nella tecnologia della microscopia, sviluppando il microscopio più veloce al mondo, capace di osservare gli elettroni in movimento in tempo reale. Questo nuovo strumento rappresenta una rivoluzione nel campo della fisica e della chimica, poiché potrebbe rispondere a domande fondamentali sul comportamento degli elettroni, fornendo una comprensione più approfondita dei processi atomici e molecolari.
Un salto evolutivo nella microscopia elettronica
Il nuovo dispositivo è una versione avanzata di un microscopio elettronico a trasmissione (TEM). Questo tipo di microscopio utilizza un fascio di elettroni per illuminare un campione e creare immagini con una risoluzione molto superiore a quella ottenibile con la luce visibile. Tuttavia, la vera innovazione del nuovo microscopio risiede nella sua capacità di catturare immagini di elettroni in volo utilizzando impulsi di elettroni incredibilmente brevi, dell’ordine di un quintilionesimo di secondo (10^-18 secondi).
Questa precisione estrema permette di osservare il movimento degli elettroni, che viaggiano a velocità vertiginose di circa 2.200 chilometri al secondo, abbastanza veloce da circumnavigare il globo in appena 18,4 secondi. Grazie a questa tecnologia, i ricercatori sono in grado di catturare istantanee di fenomeni atomici e molecolari che prima erano impossibili da osservare.
Una tecnologia all’avanguardia: la “attomicroscopia”
La creazione di questo microscopio ha richiesto anni di sviluppo e innovazione tecnologica. Mohammed Hassan, professore associato di fisica e scienze ottiche presso l’Università dell’Arizona, e autore principale dello studio, ha descritto il nuovo microscopio come una sorta di fotocamera ultrapotente, in grado di “scattare foto di cose che prima non eravamo in grado di vedere, come gli elettroni“.
La tecnica sviluppata è stata definita “attomicroscopia” dai suoi creatori, un termine che sottolinea la capacità del microscopio di raggiungere una risoluzione temporale nell’ordine degli attosecondi, ovvero un milionesimo di miliardesimo di secondo. Questo livello di precisione permette di osservare dettagli del comportamento elettronico che erano completamente fuori portata per le tecnologie precedenti.
Il cuore della scoperta: impulsi elettronici e sincronizzazione della luce
Il microscopio funziona generando impulsi elettronici di un attosecondo attraverso un cannone elettronico modificato. Questi impulsi sono poi diretti verso un campione di materiale, dove interagiscono con gli elettroni del campione stesso. Durante il passaggio attraverso il campione, gli impulsi elettronici subiscono un rallentamento e un cambiamento nella forma del fronte d’onda, fenomeni che vengono registrati da una lente che ingrandisce il fascio rallentato. Questo fascio, infine, colpisce un materiale fluorescente che si illumina, rivelando l’immagine dei movimenti degli elettroni.
Per ottenere immagini con tale precisione, è necessaria una sincronizzazione estrema tra l’impulso elettronico e due impulsi di luce aggiuntivi. Questi impulsi di luce sono utilizzati per eccitare gli elettroni nel materiale in movimento e per assistere nella creazione dell’impulso elettronico, permettendo così di sondare i movimenti ultraveloci degli elettroni all’interno degli atomi.
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia sono vastissime. La capacità di osservare come gli elettroni si dispongono e si riorganizzano all’interno di atomi e molecole ha implicazioni fondamentali sia per la fisica che per la chimica. Ad esempio, comprendere i movimenti degli elettroni può aiutare a migliorare la conoscenza dei semiconduttori, delle reazioni chimiche e delle interazioni fondamentali che governano la materia.
Questa tecnologia potrebbe rivoluzionare anche il campo della chimica fisica, fornendo nuove informazioni su come i legami chimici tra gli atomi si formano e si rompono, e su come gli elettroni trasportano la carica nei materiali. Gli scienziati sperano che con ulteriori sviluppi e perfezionamenti, questo microscopio possa diventare uno strumento standard nei laboratori di tutto il mondo, aprendo la strada a nuove scoperte e innovazioni.
