Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Vědci vytvořili hologram atomu pomocí jeho vlastních elektronů

aktualizováno 
Mezinárodní výzkumný tým experimentálně potvrdil schůdnost tzv. elektronové holografie a současně naznačil i možnosti budoucího využití. Počítat se s ní dá například při studiu atomů, molekul i chemických reakcí.

Hologram, ilustrační foto | foto: Profimedia

Princip holografie objevil v roce 1948 maďarský vědec Dennis Gabor, když pracoval na vylepšení vlastností elektronového mikroskopu. Na experimentální ověření objevu se ale muselo počkat až do počátku 60. let minulého století, kdy byl vynalezen laser.

Fotony místo elektronů

Na základě úsilí Emmetta Leithe a Jurise Upatniekse z Michigenské univerzity vznikl v roce 1964 první holografický záznam. Oproti Gaborem zamýšleným elektronům byl první hologram vytvořen pomocí paprsků světla. To ale nijak nebránilo tomu, aby Gabor dostal v roce 1971 Nobelovu cenu.

Původní Gaborova myšlenka "elektronových" hologramů nezapadla. Poměrně nedávno ji znovu k životu přivedli vědci z německého Institutu Maxe Borna společně s odborníky z holandského projektu FELICE (Free Electron Laser for Intracavity Experiments), kteří experimentálně prokázali, že k tvorbě hologramů je rovněž možné použít i elektrony.

Holografický princip

Klasická holografie využívá koherentní světlo, což není nic jiného než svazek fotonů, jejichž vlny mají stejnou frekvenci a jsou ve stejné fázi. Světelný paprsek se při ní rozdělí na dvě části, na tzv. referenční svazek, který dopadá přímo na detektor (fotografickou desku), a svazek osvětlovací neboli objektový, jenž se odráží od pozorovaného předmětu a poté směřuje rovněž k detektoru.

Objektový svazek nese informaci jak o intenzitě světla, tak i o jeho fázi, což umožňuje zachycení trojrozměrné podstaty předmětu v hologramu. Interferencí obou těchto paprsků na fotografickém filmu pak vzniká výsledný plošný (dvojrozměrný) obraz, který se jeví, jakoby by měl tři dimenze.

Elektronová holografie

V době, kdy Gabor přemýšlel o svém hologramu, neexistoval žádný zdroj koherentních elektronů potřebných k jeho vytvoření. Dnešní věda s něčím podobným ale už problém nemá, neboť koherentní elektrony je možné vyrobit v laboratořích pomocí intenzívních ultrakrátkých laserových pulzů, jejichž působením lze elektrony z atomů a molekul poměrně snadno vytrhnout.

A právě touto cestou se vydali holandští a němečtí vědci při konstrukci elektronových hologramů. Jako zdroj koherentních elektronů použili atomy xenonu.

"V našem experimentu silná laserová pole vytrhávají elektrony z xenonových atomů, urychlí je a pak je otočí zpět. Jakoby někdo vzal prak a vystřelil jím elektron zpátky na iont, ze kterého vylétl. Laser tak vytváří dokonalý zdroj elektronů pro holografické pokusy," vysvětluje Marc Vrakking, který se na uvedeném výzkumu podílel.

...jakoby někdo vzal prak a vystřelil jím elektron zpátky na iont, ze kterého vylétl...

Část elektronů se znovu se vzniklým iontem spojí, v důsledku čehož ve velice krátké době (v řádech attosekund, 10-18 s) dojde k vyzáření tvrdého ultrafialového světla (EUV, extrémního čili hlubokého UV záření). Většina elektronů však prochází kolem iontu, čímž de fakto vzniká referenční svazek. Zbytek elektronů se od iontu naopak odrazí a vytvoří objektovou vlnu.

Máme tedy jak referenční, tak i objektový svazek elektronů, a to ke vzniku hologramu bohatě postačuje. Vše ostatní zařídí interference obou svazků v detektoru. Výsledkem pak je holografický obraz atomu vytvořený jeho vlastními elektrony.

Jak z hologramu vydolovat maximum informace?

Holografické obrazy atomů by jednou mohly vědcům umožnit detailní studium atomů a molekul, zejména jejich elektronových obalů, a sledovat tak průběhy jednotlivých chemických procesů. Možné budoucí využití výsledků právě skončeného experimentu vystihl asi nejlépe opět Marc Vrakking:

"Prozatím jsme ukázali, že hologramy mohou vznikat při pokusech se silnými lasery. V budoucnu se budeme muset naučit, jak dostat z hologramu veškeré v něm obsažené informace. To by mohlo vést k vývoji nových metod studia nejenom dynamiky elektronů v časovém měřítku attosekund, ale i časově závislých strukturálních změn v molekulách."

Zdroje:
www.mbi-berlin.de
www.amolf.nl

Autor:



Nejčtenější

Bitcoin ztrácí. Ze 150 na 1 000 dolarů jej přitom dostal jeden člověk

(Ilustrační snímek)

Začátek třetího týdne nového roku není pro kryptoměny vůbec příznivý. Prakticky všechny ztrácejí na své hodnotě....

Odtud prý NASA vysílala falešné záběry z přistání na Měsíci

Lunar Crater

K nejbližšímu městu je to téměř 130 kilometrů. Okolo není nic než poušť a pár kusů dobytka, který se popásá na...



Prchající migy mířily na ostrov dánský. Američané jim chtěli dát letiště

MiG-15bis (s číslem 346 na přídi) na ostrově Bornholm. S letounem uprchl...

Během studené války se u Američanů vyvinula intenzivní touha po sovětských stíhačkách mig. Ne snad, že by je chtěli...

Jak ulovit patnáctku. Američané nabídli sto tisíc dolarů a marně čekali

MiG-15bis, se kterým ulétl severokorejský stíhač No Kum-sok do Jižní Koreje,...

Během korejské války chtěli Američané vypsáním vysoké finanční odměny zlákat některého z pilotů MiGu-15 k úletu na svou...

Proč na faktech nezáleží? Náš mozek panikaří a brání se cizím názorům

Souboj racionality a emocí (ilustrační foto)

Dohodnout se s tím, kdo s vámi nesouhlasí, je nesmírně těžké. Fakta budou dost možná překřičena emocionální reakcí....

Další z rubriky

Tajemný satelit Zuma podle neoficiálních informací selhal

Ilustrace funkce záchranného systému lodi Dragon 2

Tajný satelit Zuma, vynesený raketou firmy SpaceX, zřejmě nefunguje, jak má.

Praha poprvé přivítá světový festival novodobých kutilů: Maker Faire

Maker Faire (San Mateo 2016)

Přijďte se podívat nebo i sami předvést. Festival Maker Faire je pro všechny. Poprvé v Česku se sejdou kutilové a...

Dinosaurus „zrozený z exploze“ má jméno ekrixinatosaurus

Porovnání velikosti ekrixinatosaura a dospělého člověka. Tento rod patřil mezi...

Jižní kontinenty v období střední jury až nejsvrchnější křídy obývala zvláštní skupina dravých dinosaurů Aabelisauridní...

Najdete na iDNES.cz