До найдрібнішого повороту: новий метод мікроскопії показує рух атомів у високій роздільній здатності

Дослідники зі Штутгартського університету під керівництвом професора Себастьяна Лота розробили новаторський метод квантової мікроскопії, що дає змогу спостерігати за рухом електронів на атомному рівні з безпрецедентною точністю.

Досягнення вчених Німеччини поєднує в собі високу просторову і часову роздільну здатність, надаючи новий засіб для розуміння і маніпулювання поведінкою електронів у різних матеріалах. Професор Лот, керуючий директор Інституту функціональної матерії та квантових технологій при Штутгартському університеті, наголошує на значенні цього нововведення: "За допомогою розробленого нами методу ми можемо зробити видимими речі, які раніше ніхто не бачив". Ця можливість дає змогу розв'язати давні питання щодо динаміки електронів у твердих тілах, яка спантеличувала вчених з 1980-х років. Крім того, ці результати мають вирішальне значення для практичного розроблення нових матеріалів, пише Science Daily.

У Фокус.Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найцікавіші новини зі світу науки!

Наслідки крихітних атомних змін у сучасних матеріалах дуже глибокі. На відміну від металів, ізоляторів і напівпровідників, де модифікації на атомному рівні не змінюють макроскопічних властивостей, перспективні матеріали демонструють нову поведінку за мінімальних атомних змін.

Наприклад, деякі матеріали можуть перетворюватися з ізоляторів на надпровідники, які проводять електрику без втрати тепла. Ці перетворення відбуваються в масштабі пікосекунд — трильйонних часток секунди, що підкреслює важливість фіксації таких швидких змін.

Важливо

Квантовый мир: физики впервые точно измерили положение атомов в трех измерениях (фото)

Команда Лота зосередилася на матеріалі, що складається з ніобію і селену, щоб вивчити колективний рух електронів у хвилі щільності заряду. Вони виявили, що одна домішка може порушити цей колективний рух. Подавши електричний імпульс пікосекундної тривалості, вони змогли спостерігати спотворення колективного руху електронів нанометрового розміру, що викликало складні рухи електронів у матеріалі. Це дослідження ґрунтується на попередніх роботах, проведених в Інституті дослідження твердого тіла Макса Планка та Інституті структури і динаміки матерії Макса Планка.

Потенційні можливості застосування цього дослідження величезні. Розуміючи, як можна керувати рухом електронів, вчені зможуть ефективніше розробляти матеріали з певними властивостями. Як пояснює Лот, "якщо ми зможемо зрозуміти, як зупинити рух колективу електронів, то ми також зможемо більш цілеспрямовано розробляти матеріали з бажаними властивостями". Таке розуміння вкрай важливе для розроблення матеріалів із надшвидким перемиканням для майбутніх датчиків та електронних компонентів.

Цей метод знаменує собою значний стрибок вперед у матеріалознавстві та квантових технологіях. Можливість спостерігати і контролювати динаміку електронів у такому тонкому масштабі відкриває нові шляхи для інновацій у галузі матеріалів, що може призвести до вдосконалення електроніки, надпровідників та інших технологій.

Раніше Фокус писав про перший квантовий мікроскоп, здатний бачити найдрібніші біологічні структури.