本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
這些影片不像《阿凡達》那樣有那麼多的個人情感戲,但這裡的“演員”是奈米級的,由在奈米尺度上運作的物理定律所指導。它們是使用一種新型電子顯微鏡拍攝的。
長期以來,電子顯微鏡一直是檢查各種奈米級物體和材料的主要工具,但通常是透過生成剛性、靜止目標的靜態影像來實現的。在過去的十年中,研究人員開發了一種稱為四維電子顯微鏡的超快技術,該技術可以製作飛秒級時間間隔內發生的動作的影片。(一飛秒是 10^-15 秒,即十億分之一秒的一百萬分之一。)
例如,這是一部懸臂樑振動的影片,從各種角度觀看。突出的鎳鈦“跳板”僅 50 奈米寬,並由雷射脈衝啟動。各個影片幀以 10 納秒的間隔出現,因此運動速度降低了大約 300 萬倍——在奈米尺度上,事情發生得很快。
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下一部影片顯示了一個石墨奈米晶體像鼓面一樣振動,同樣是由雷射脈衝啟動的。深色的條紋帶是由晶體表面輕微的永久性彎曲引起的;可以把它們想象成一種光學效應,類似於水面上油膜的彩虹圖案。這些條紋會隨著晶體表面在振盪過程中稍微起伏而移動。
關於這些振盪的值得注意的特徵是它們開始時相對混亂,然後逐漸穩定下來,變為整個表面更規則、協調的振盪。同樣,影片中的運動速度大大降低了,這次降低了大約一百萬倍(每幀之間 50 納秒,以每秒 15 幀的速度播放)。
您可以在《大眾科學》八月號的文章中閱讀更多關於這些影片背後精巧的技術以及它們可以回答的科學問題,文章標題為“以 4D 方式拍攝隱形”,作者是艾哈邁德·H·澤維爾,他的團隊開發了這項技術。澤維爾因研究飛秒時間尺度上發生的化學過程而於 1999 年獲得諾貝爾化學獎——但不是電影。
4-D 電子顯微鏡不僅限於懸臂樑和晶體等無機實體。澤維爾的團隊還用它來研究蛋白質囊泡和大腸桿菌。他們使用一種稱為 PINEM(光子誘導近場電子顯微鏡)的 4-D 技術變體,對這些生物樣本進行了成像,實際上是被經過的雷射脈衝“照亮”了飛秒的時間。
澤維爾的團隊還有一個其他奈米電影的線上畫廊。加州理工學院畫廊的最新新增顯示了該技術的另一種變體,稱為電子斷層掃描,約翰·馬特森在六月份報道了這一點。