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

Fotky z letecké nehody ukazují, že cestující se neumějí zachránit

Poškozený motor letounu spolešnosti Southwest Airlines

Jestli někdo potřeboval důkaz, že cestující nesledují bezpečnostní instruktáž posádky, čerstvá nehoda letadla...

Ruská armáda zavedla do výzbroje „smrtící kombajny“. Byly i v Sýrii

BMPT Terminátor

Ruská armáda dala do zkušebního provozu deset vozidel Terminátor určených pro palebnou podporu tanků. Některá z těchto...



Pilotovi se nechtělo střílet, ale musel. Sestřelení letu KAL 902

Letoun Korejských aerolinií po nouzovém přistání na zamrzlém jezeře.

Před 40 lety sovětská protivzdušná obrana sestřelila dopravní letadlo korejských aerolinek, které se dostalo na území...

Youtuber zaplakal. V přímém přenosu mu hackeři ukradli 40 milionů

Ian Balina zřejmě během hacku přišel o více než dva miliony dolarů v...

Přijít o miliony dolarů je ve světě kryptoměn až neuvěřitelně snadné. Přesvědčil se o tom i Ian Balina, americký...

Voda na Marsu je. Chová se však zvláštně a může i levitovat

Na povrchu Marsu můžeme spatřit nejenom doklady o proudění kapalné vody v...

Dva experimenty ukázaly, že na povrchu Marsu se voda chová výrazně jinak, než jsme zvyklí. Například místní „bahno“...

Další z rubriky

Sklep v Říčanech vydává 600 let starou záhadu. Poklad ukrytý před Žižkou

Pražské groše z říčanského pokladu

Do toho hrnečku se vešly veškeré rodinné úspory. Proč je majitel do svého sklepa ukryl, nevíme jistě. Jisté ovšem je,...

Čeští vědci po 60 letech přetvořili jed na možný lék proti rakovině

Nová chemická laboratoř profesora Holého je plná moderních přístrojů. Vypadá...

Tým vědců z pražského Ústavu organické chemie a biochemie dokázal prodat americké společnosti licenci na vývoj slibné...

V Antarktidě poprvé vypěstovali zeleninu bez denního světla i hlíny

Laboratoř v Antarktidě

Německým vědcům se podařilo vypěstovat první zeleninu v Antarktidě. Projekt se ovšem nesoustředí na odlehlý kontinent,...

Najdete na iDNES.cz