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

Unikla hesla rekordních 773 milionů uživatelů. Najdete tam to svoje?

Není heslo jako heslo. Či spíše heslo jako heslo vlastně ani není heslo.

Více než miliarda unikátních kombinací e-mailu a hesla unikla na web v zatím rekordní databázi přístupových údajů....

Jeden „drát“ by stačil pro celou ČR. Nové elektrické vedení láme rekordy

Transformátor pro 1 110 kV vedení v Číně, který postavila firma Siemens. Na...

Provozovatel čínské přenosové sítě spustil nejvýkonnější a nejdelší vedení světa. Putuje jím elektřina o napětí více...

Nájemný vrah doplatil na svůj koníček, udaly jej chytré sportovní hodinky

Mark Fellows na snímku z desetikilometrového závodu v Manchesteru v roce 2015

Britský běžec a cyklista Mark Fellows byl odsouzen k doživotnímu trestu za dvojnásobnou vraždu. K jeho odhalení a...

Tito lidé neexistují. Počítač si je vymyslel, napodobí rasu i vlasy

Fotografie neexistujících celebrit generované neuronovou sítí Nvidia na základě...

Podívejte se na fotky lidí, které jste nikdy nepotkali a nepotkáte. Počítač si je totiž vymyslel. Generativní...

Skylink znovu zdražuje servisní poplatek i nejlevnější balíček

Logo Skylink

Satelitní platforma Skylink přistoupila po roce ke zdražení tzv. servisního poplatku, který platí uživatelé základní...

Další z rubriky

Největší známý slon byl těžký asi jako Tyrannosaurus rex

Porovnání velikosti dospělého člověka s velikostí průměrně velkého samce a...

Jak si vede největší živočich, který v současnosti chodí po zemi, ve srovnání s pravěkými obyvateli naší planety?

Nechtěl umírat, byl bojovník, říká o Palachovi psychiatrička od jeho lůžka

Umělohmotná nádoba pod rampou Národního muzea, ve které si Jan Palach (ve...

Psychiatrička Zdenka Kmuníčková pečovala o Jana Palacha na klinice popálenin v pražské Legerově ulici od pátku 17....

Nové poznatky o událostech po pádu planetky, která vyhubila dinosaury

První prokazatelnou obětí následků dopadu planetky Chicxulub byly nebohé...

Lokalita zvaná „Tanis“ se nachází se na území Severní Dakoty ve Spojených státech amerických. Tato fosilní lokalita ze...

BMW Řada 5 3,0...
BMW Řada 5 3,0...

r.v. 2012, naj. 55 000 km, diesel
950 000 Kč (s DPH)

Najdete na iDNES.cz