Современные электронные микроскопы позволяют ученым изучать структуру и строение микроорганизмов, отдельных живых клеток, проникать вглубь металлов, кристаллов, микроскопических структур и в другие места, куда невозможно заглянуть с помощью обычных оптических микроскопов. К сожалению, в подавляющем большинстве случаев современные электронные микроскопы позволяют получить только статические изображения, что существенно ограничивает возможности ученых в области изучения процессов, происходящих внутри исследуемых объектов.
В 1990-х годах ученым при помощи коротких импульсов лазерного света удалось с помощью электронного микроскопа произвести первую съемку в режиме реального времени движений молекул газообразного вещества во время их участия в химической реакции, но качество и скорость этой съемки оставляли желать лучшего, несмотря на то, что это являлось настоящим достижением на тот момент времени. А в настоящее время, новый электронный микроскоп нового поколения, разработанный и изготовленный группой ученых из Мичиганского университета (Michigan State University), дает в руки ученым возможность производить высокоскоростную видеосъемку процессов, протекающих на наноразмерном уровне. Качество и скорость съемки позволяют увидеть движения отдельно взятых атомов внутри молекул, задействованных в химических реакциях или других процессах.
Группа ученых, возглавляемая профессором физики Чон-Ю Руэн (Chong-Yu Ruan), является одной из немногих групп во всем мире, разрабатывающих электронные технологии формирования изображений наноразмерных объектов в фемтосекундном масштабе времени. Одна фемтосекунда является одной миллионной из одной миллиардной части секунды и представляет собой базовый промежуток времени, требующийся атомам и молекулам на выполнение ряда действий, таких, как передача электрического заряда или участие в процессах химических превращений.
«Реализация технологии фемтосекундной электронной съемки позволяет ученым исследовать во всех деталях все процессы, происходящие внутри наноразмерных объектов и устройств» — рассказывает профессор Руэн, — «Теперь мы дали ученым в руки новый инструмент, который позволит им увидеть то, что раньше было скрыто от их глаз, и заглянуть на уровень, где происходят определенные физические, химические и биологические превращения».
Патент, поданный группой профессора Руэн, описывает устройство, имеющее модульную конструкцию, благодаря чему его можно приспособить для использования с большинством моделей существующих электронных микроскопов, позволяя ученым получить все функции и возможности новой технологии без потребности приобретения целого комплекса дорогостоящего оборудования. «Типичный электронный микроскоп в среднем стоит от 1 до 10 миллионов долларов, наше устройство оценивается приблизительно в 500 тысяч долларов. Его использование позволит модернизировать существующие микроскопы, кардинально увеличив их разрешающую способность и быстродействие, не тратя на это больших сумм денег» — рассказывает профессор Руэн.
Следует отметить, что создание нового электронного микроскопа первоначально производилось группой профессора Руэна для реализации технологии сверхскоростной электронной кристаллографии, технологии, которая позволяет изучать наноразмерные кристаллы и процессы, происходящие внутри кристаллов и на их поверхности во время взаимодействия с другими химическими элементами. А сейчас эта группа ученых работает над созданием еще одного скоростного электронного микроскопа, который обеспечит высочайшую яркость электронного луча и контрастность получаемых изображений, и в котором для формирования коротких промежутков времени вместо света лазера будут использоваться лучи высокочастотных радиоволн.
