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Un scientifique égyptien crée le microscope électronique le plus rapide
Les chercheurs de l’Université de l’Arizona ont développé le microscope électronique le plus rapide au monde, capable de capturer des images fixes d’électrons en mouvement à des vitesses faramineuses. Cette avancée promet d’apporter des progrès significatifs dans des domaines tels que la physique, la chimie et l’ingénierie biologique.
Le projet, publié dans la revue Science Advances, a été dirigé par le Dr Mohamed Hassan, professeur en physique et sciences optiques.
Une vitesse impressionnante
Les électrons possèdent une rapidité impressionnante. Dans un atome, ils peuvent voyager à des vitesses atteignant environ 2200 kilomètres par seconde. Lorsqu’ils sont accélérés par un champ électrique, cette vitesse peut grimper jusqu’à environ 6000 kilomètres par seconde. Dans des environnements à haute énergie, comme les accélérateurs de particules, les électrons peuvent être propulsés à des vitesses très proches de celle de la lumière, atteignant 99,9999992 % de celle-ci.
Selon les déclarations du Dr Hassan, « ce microscope fonctionne comme un appareil photo extrêmement puissant dans le dernier modèle de smartphone, nous permettant de capturer des images d’objets que nous n’avons jamais pu voir auparavant, comme les électrons. » Il ajoute : « Nous espérons qu’avec ce microscope, la communauté scientifique pourra comprendre la physique quantique derrière le comportement et le mouvement des électrons. »
Une innovation dans l’observation
Ce microscope, nommé « Atto », est une version améliorée des microscopes électroniques à transmission, qui sont des outils utilisés par les scientifiques pour agrandir des objets jusqu’à des millions de fois leur taille réelle. Il permet d’observer des détails d’une taille aussi minuscule que quelques nanomètres, dimensions que les microscopes optiques traditionnels ne peuvent pas détecter.
Au lieu d’utiliser la lumière visible, le microscope électronique à transmission dirige des faisceaux d’électrons vers un échantillon. L’interaction entre les électrons et l’échantillon est observée par des lentilles et détectée par un capteur de caméra, créant ainsi des images détaillées de l’échantillon.
Le faisceau d’électrons offre une résolution supérieure à celle de la lumière traditionnelle, ce qui lui permet de discerner des objets plus petits, tels que les atomes ou des nuages d’électrons, grâce à sa longueur d’onde considérablement plus courte. Pour comprendre cela, imaginez que le faisceau de lumière ou d’électrons est une vague de mer, où la longueur d’onde représente la distance entre le sommet d’une vague et le sommet de la suivante.
Capturer l’instant
Les microscopes électroniques à haute vitesse fonctionnent en émettant une série de pulsations à des vitesses atteignant le stade de l’atto-seconde, qui est un quintillionième de seconde (1 suivi de 18 zéros).
Ces impulsions génèrent une série d’images, semblables aux images d’un film, que les scientifiques assemblent pour obtenir ce qui s’apparente à une vidéo de l’échantillon. Pour observer un seul électron, les chercheurs de l’Université de l’Arizona ont réalisé, pour la première fois, la génération d’une impulsion électronique par atto-seconde, une vitesse qui correspond à la vitesse de déplacement des électrons. Cela revient à régler la vitesse de l’appareil photo pour qu’elle corresponde à celle d’un joueur de football courant sur le terrain, permettant de capturer une image qui semble figée.
Selon une déclaration officielle de l’Université de l’Arizona, le Dr Hassan et ses collègues se sont basés sur les avancées de Pierre Agostini, Ferenc Krausz et Anne L’Huillier, qui ont remporté le Prix Nobel de physique en 2023 pour avoir généré la première impulsion de rayonnement ultraviolet d’une durée si courte qu’elle pouvait être mesurée en atto-secondes.
Le Dr Hassan souligne : « L’amélioration de la précision temporelle dans les microscopes électroniques a été attendue depuis longtemps et a été au centre de l’intérêt de nombreux groupes de recherche, car nous souhaitons tous voir le mouvement des électrons. »