دانشمندان می‌خواهند برای افزایش وضوح تصویر، حرکات فوق‌العاده سریع الکترون‌ها را در مقیاس اتوثانیه که فقط کوئنتیلیونم (ده به توان منفی ۱۸) ثانیه طول می‌کشد، مشاهده کنند. اما حتی مقیاس چند اتوثانیه‌ای برای ثبت حرکات تکی الکترون‌ها بسیار بزرگ است. برای انجام این کار، فیزیکدانان مسئول مطالعه، تفنگی الکترونی را به‌گونه‌ای بهینه کردند تا بتواند پالسی در حد تنها یک اتوثانیه تولید کند.
محققان از برندگان جایزه نوبل فیزیک ۲۰۲۳ الهام گرفتند که اولین پالسهای بسیار کوتاه نور فرابنفش را که بر حسب آتوثانیه نیز اندازه‌گیری می‌شد، ایجاد کردند. با تکیه بر این، محققان موفق به تولید یک پالس آتوثانیه‌ای مورد نیاز برای میکروسکوپ خود، یعنی آتومیکروسکوپ شدند.
پالسهای تولید‌شده به نمونه‌ی مورد مطالعه برخورد می‌کنند و با عبور الکترون‌ها از آن، سرعتشان کاهش می‌یابد و شکل جبهه موج پرتو الکترونی را تغییر می‌دهند. سپس پرتو‌ی کند‌شده، به‌وسیله‌ی عدسی بزرگنمایی می‌شود و درنهایت به ماده‌ی فلورسنت که با فرود پرتو نور روی آن می‌درخشد، برخورد می‌کند.
میکروسکوپ جدید پرتو لیزر را به سه قسمت تقسیم می‌کند: یک پالس تک‌الکترونی و دو پالس نور بسیار کوتاه؛ اولین پالس نور به‌نام پالس پمپ به الکترون‌های نمونه انرژی می‌دهد و پالس نور دوم لحظه‌ای کوتاه ایجاد می‌کند که طی آن می‌توان پالس الکترونی یک اتوثانیه‌ای را از میکروسکوپ گسیل کرد. با زمان‌بندی دقیق این پالس‌ها، دانشمندان می‌توانند رویدادهایی را که در مقیاس اتوثانیه اتفاق می‌افتند، ثبت و رفتار الکترون‌ها را با جزئیات بی‌سابقه مشاهده کنند.
پالس‌ها مانند شاتر روی دوربین، به تیم تحقیقاتی اجازه می‌داد تا هر ۶۲۵ اتوثانیه یک تصویر جدید از الکترون‌های موجود در یک صفحه‌ی گرافن بگیرند که تقریباً هزار برابر سریع‌تر از تکنیک‌های موجود است.
میکروسکوپ جدید هنوز نمی‌تواند از یک الکترون عکس بگیرد؛ زیرا این‌کار به وضوح فضایی بسیار بالایی نیاز دارد. اما با ردیف‌کردن تصاویر جمع‌آوری‌شده، دانشمندان نوعی فیلم استاپ‌موشن ساختند که نشان می‌دهد چگونه مجموعه‌ای از الکترون‌ها در یک مولکول حرکت می‌کنند.
به‌گفته‌ی حسن: «بهبود قدرت تفکیک زمانی در داخل میکروسکوپ‌های الکترونی از مدت‌ها پیش مورد انتظار بود و در کانون توجه بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی قرار داشت. برای اولین بار، ما می‌توانیم تکه‌هایی از الکترون را در حال حرکت ببینیم.»
براساس چکیده‌ی مطالعه، میکروسکوپ اتوثانیه به فیزیکدانان، دانشمندان اپتیک و دیگر متخصصان امکان می‌دهد تا حرکت الکترون را با جزئیات بی‌سابقه مطالعه کنند و مستقیماً آن را به دینامیک ساختاری ماده در حوزه‌های بلادرنگ و فضا متصل کنند.
source