Американские физики создали уникальную "электронную" видеокамеру, которая позволяет получать серии "фотографий" отдельных атомов в молекуле с интервалом в несколько фемтосекунд, и проследили за движением атомов азота и кислорода в молекулах этих веществ, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Группа физиков под руководством Космина Благи (Cosmin Blaga) из университета штата Огайо в городе Коламбус (США) изобрела относительно компактную и недорогую атомную "фотокамеру", экспериментируя с инфракрасным лазером высокой мощности.

В последние десятилетия ученые изобрели множество методов получения снимков и наблюдения за объектами микромира. Так, в октябре 2011 года швейцарские физики смогли проследить за разложением молекулы оксида азота и движением электронов в ней при помощи лазера.

Как отмечают исследователи, основным препятствием для получения "снимков" отдельных компонентов живых клеток, молекул или атомов выступает длина волны света, которым освещается интересующий нас объект. Волны видимого излучения не подходят для этих целей - их длина составляет 400-700 нанометров, тогда как радиус атома, вместе с электронной оболочкой, составляет 0,3-3 ангстрема (десятых долей нанометра).

Поэтому для изучения объектов микромира используются короткие рентгеновские волны или "разогнанные" свободные электроны. Основной недостаток таких методов - астрономическая цена рентгеновских излучателей или лазеров на свободных электронах, необходимых для достижения достаточной четкости изображения.

Блага и его коллеги решили эту проблему, переместив источник "разогнанных" электронов из лазера прямо в наблюдаемые атомы. В результате этого "фотоаппарат" помещается на один лабораторный стол, а не занимает несколько комнат. Само устройство состоит из компактного инфракрасного лазера, рабочей камеры и нескольких электронных спектрометров.

Во время "фотосессии" лазер испускает короткие и очень мощные пучки инфракрасного излучения, которое проходит через рабочую камеру и сталкивается с электронами вещества в ней. Вокруг луча существует сильное электрическое поле, которое "вырывает" электроны из молекул и разгоняет их до 7-8% от скорости света.

Часть оторванных электронов отбрасывается в сторону родительской молекулы и отскакивает от нее. Отброшенные электроны улавливаются спектрометрами, которые складывают их в единую трехмерную "картинку". По словам исследователей, их устройство обладает разрешающей способностью в десятые доли ангстрема и способно фиксировать фемтосекундные изменения в состоянии атомов.

Для проверки его работы Блага и его коллеги "сфотографировали" и изучили молекулы кислорода и азота. Высочайшая разрешающая способность позволила им измерить длину связи между молекулами и пронаблюдать за ее растяжением в тот момент, когда электрон отрывался от молекул кислорода и азота.

Как отмечают ученые, это устройство способно снимать не только "фотографии", но и целые видеофильмы. В этом случае каждый кадр снимается при разной частоте инфракрасного излучения, которое испускается лазером - это препятствует "смешиванию" изображений.