Para ilmuwan baru-baru ini berhasil menciptakan mikroskop tercepat di dunia hingga dapat menangkap gerak elektron.
Perangkat baru ini, versi terbaru dari mikroskop elektron transmisi, menangkap gambar elektron yang sedang terbang dengan cara menembaknya dengan gelombang elektron sepersejuta detik.
Ini merupakan pencapaian yang luar biasa, karena elektron bergerak dengan kecepatan sekitar 2.000 kilometer per detik, sehingga mampu mengelilingi Bumi hanya dalam waktu 18,4 detik.
Para peneliti berharap dengan menggunakan mikroskop pada partikel-partikel kecil tersebut, mereka dapat menemukan beberapa penemuan baru tentang bagaimana partikel-partikel itu terbang. Para peneliti menerbitkan temuan mereka di jurnal Science Advances pada 21 Agustus.
“Mikroskop elektron transmisi ini seperti kamera yang sangat kuat di ponsel pintar versi terbaru; ini memungkinkan kita untuk mengambil gambar hal-hal yang sebelumnya tidak dapat kita lihat – seperti elektron,” ujar penulis utama Mohammed Hassan, seorang profesor fisika dan ilmu optik di University of Arizona, mengutip Live Science, Selasa (27/8).
“Dengan mikroskop ini, kami berharap komunitas ilmiah dapat memahami fisika kuantum di balik perilaku elektron dan bagaimana elektron bergerak,” lanjut dia.
Bagaimana elektron mengatur dan mengatur ulang diri mereka sendiri di dalam atom dan molekul adalah pertanyaan penting dalam fisika dan kimia, tetapi sifat lincah dari partikel-partikel kecil ini membuatnya sangat sulit untuk dipelajari.
Untuk menciptakan waktu eksposur yang mampu menangkap pergerakan elektron, para ilmuwan mengembangkan metode untuk menghasilkan gelombang kecil attosecond (atau 1X10^-18 detik) di awal tahun 2000-an.
Ini merupakan kemajuan yang membuat para ilmuwan berhasil mendapatkan Hadiah Nobel Fisika 2023.
Dengan mengurangi waktu pemaparan mikroskop ke skala beberapa attoseconds (satu attosecond sama dengan satu detik untuk usia alam semesta), para fisikawan mengurai bagaimana elektron membawa muatan, bagaimana mereka berperilaku di dalam semikonduktor dan air, dan bagaimana ikatan kimia antara atom-atom terkoyak.
Namun, skala beberapa attosecond pun terlalu besar untuk menangkap gerakan elektron secara individual. Untuk mencapai hal ini, para fisikawan di balik penelitian baru ini mengutak-atik pistol elektron hingga menghasilkan pulsa hanya satu attosecond.
Gelombang ini mengenai “sampel” yang sedang dipelajari, dan ketika elektron melewatinya, mereka melambat dan mengubah bentuk gelombang berkas elektron.
Berkas sinar yang melambat kemudian diperbesar oleh lensa dan kemudian mengenai bahan berpendar yang bersinar ketika sinar mendarat di atasnya.
Dengan memasangkan pulsa elektron dengan dua pulsa cahaya yang disinkronkan secara hati-hati (untuk merangsang elektron dalam material agar bergerak dan membantu dalam penciptaan pulsa elektron), mereka dapat menyelidiki pergerakan elektron yang sangat cepat di dalam atom.
“Kami dapat mencapai resolusi temporal sekian detik dengan mikroskop transmisi elektron kami – dan kami menamakannya ‘attomicroscopy,'” kata Hassan.
“Untuk pertama kalinya, kita dapat melihat potongan-potongan elektron yang bergerak,” pungkasnya.