Электронные микроскопы – мощные инструменты будущего. Их используют для получения изображений белков и клеток, а также небиологических образцов, таких как новые виды материалов, с высоким разрешением.
Вместо света, используемого в более традиционных микроскопах, электронные устройства фокусируют пучок электронов на образце. При взаимодействии пучка с образцом некоторые характеристики последнего изменяются. Детектор измеряет изменения в луче, которые затем преобразуются в изображение с высоким разрешением.
Но этот мощный электронный луч может повредить хрупкие структуры в образце. Со временем он может испортить те самые детали, которые пытаются изучить ученые. Поэтому, хоть электронные микроскопы и достаточно хороши, их можно улучшить, используя свойства квантового мира. Но об этом мы подробнее поговорим в будущих публикациях.
Как же решить проблему?
В качестве обходного пути команда физика Бена Макморрана использовала мысленный эксперимент Элицура-Вайдмана, опубликованный в начале 1990-х годов. В нем физики предлагали способ обнаружения чувствительной бомбы, не прикасаясь к ней и не рискуя ее взорвать.
Трюк основан на инструменте, известном как дифракционная решетка – тонкой мембране с микроскопическими прорезями в ней. Когда электронный пучок попадает на дифракционную решетку, он разделяется на две части. При правильном выравнивании решеток после разделения электрон рекомбинируется так, что попадает только на один из двух возможных выходов.
В новой установке электроны не сталкиваются с образцом, как в традиционной электронной микроскопии. Вместо этого рекомбинация электронного луча даёт информацию об образце под микроскопом.
Также команда McMorran провела другое исследование, в котором использовала аналогичную дифракционную решетку для измерения образца в двух местах одновременно: они разделили электронный пучок так, чтобы он проходил по обе стороны от маленькой золотой частицы, измеряя крошечные биты энергии, которые электроны передавали частице с каждой стороны. Такой подход выявит чувствительные нюансы атомарного уровня в образце и позволит понять, как в нем взаимодействуют частицы. Это позволяет посмотреть на две отдельные его части, а затем объединить их вместе и проверить данные об их колебании.
В этих двух исследованиях используется одна и та же базовая установка, известная как интерферометрия, однако проводятся разные виды измерений. Члены команды Макморрана считают, что их инструмент может быть полезен не только в их собственной лаборатории, но и для самых разных экспериментов.
При наличии правильных материалов и инструкций установки интерферометра можно решить проблему работы многих существующих электронных микроскопов и многие лаборатории уже проявили к этому интерес.