Sains & Teknologi

‘Kamera Elektron,’ Kini Tersedia Bagi Para Ilmuwan di Seluruh Dunia

Durasi Baca: 4 menit

Selama beberapa tahun terakhir, Laboratorium Akselerator Nasional SLAC dari Departemen Energi AS telah mengembangkan alat baru untuk memvisualisasikan proses fisik dan kimia dengan kejelasan luar biasa: “kamera elektron” berkecepatan sangat tinggi yang mampu melacak gerakan atom dalam berbagai bahan secara real time. Mulai minggu ini, lab telah membuat alat ini tersedia bagi para peneliti di seluruh dunia.

Alat ini adalah instrumen untuk difraksi elektron ultra cepat (MeV-UED) yang menggunakan seberkas elektron energi tinggi untuk menyelidiki materi dan sangat berguna untuk memahami proses atom yang terjadi pada rentang waktu sesingkat sekitar 100 femtoseconds, atau 100 kuadriliun per detikSnapshots cepat ini memberikan wawasan yang sama sekali baru ke dalam proses di alam dan teknologi, menguntungkan aplikasi dalam biologi, kimia, ilmu material dan bidang lainnya.

Proses eksperimental pertama yang digerakkan oleh proposal dari instrumen MeV-UED dijadwalkan hingga Desember tahun 2019 dan akan mengirimkan berkas elektron yang kuat itu kepada 16 kelompok pengguna dari lebih dari 30 lembaga. Eksperimen pada awalnya akan fokus pada ilmu material dan keadaan materi yang panas dan padat.

Baca juga:  Pertama Kalinya, Gerakan Atom Ditangkap dalam 4-D

MeV-UED melengkapi rangkaian metode terdepan di dunia untuk studi ilmu ultrafast, termasuk laser sinar-X unggulan SLAC, Linac Coherent Light Source (LCLS). Memanfaatkan seluruh metode ini, para ilmuwan dapat mengeksplorasi aspek proses cepat yang sangat berbeda namun sama pentingnya.

Instrumen MeV-UED telah dimasukkan ke dalam fasilitas pengguna LCLS, menambah stasiun eksperimental yang menggunakan sinar-X.

Animasi ini menjelaskan bagaimana para peneliti menggunakan elektron berenergi tinggi di SLAC untuk mempelajari gerakan atom dan molekul yang lebih cepat dari yang relevan dengan sifat material penting dan proses kimia.Kredit: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

Sebuah katalisator untuk sains yang tak tertandingi

Wang dan timnya telah menyempurnakan teknologi sejak program ini dimulai pada tahun 2014. Sepanjang jalan, penelitian MeV-UED telah menyebabkan sejumlah besar publikasi berdampak tinggi yang menggambarkan penemuan-penemuan dalam bahan untuk sel surya dan penyimpanan data; menyediakan film molekul yang belum pernah terjadi sebelumnya yang bergetar dan pecah; melihat kerusakan radiasi pada bahan untuk reaktor fusi nuklir; dan mengungkap sifat material fluktuasi eksotis yang dapat digunakan dalam saklar molekuler.

Litbang terbaru tim dikhususkan untuk mengeksplorasi sains dalam keadaan cair, lingkungan alami untuk banyak proses biokimia, sehingga para ilmuwan akan segera dapat masuk lebih dalam lagi pada beberapa detail biologi dan kimia.

Menggabungkan kekuatan untuk memecahkan landasan ilmiah baru

Potensi penuh instrumen baru menjadi lebih jelas ketika dikombinasikan dengan laser sinar-X lab.

Ilmuwan staf SLAC, Alexander Reid, pengguna pertama instrumen laboratorium untuk difraksi elektron ultra cepat (MeV-UED). Kredit: (Jacqueline Orrell / SLAC National Accelerator Laboratory)

Dengan LCLS, para ilmuwan dapat melacak perubahan molekuler yang terjadi dengan sangat cepat — hanya dalam beberapa femtosekon. Dengan MeV-UED, mereka dapat menggali gambar-gambar dari molekul dengan resolusi atom yang tak tertandingi selama reaksi cepat ini. Keduanya — resolusi luar biasa dalam ruang dan waktu — membantu mengembangkan gambaran lengkap tentang proses fundamental yang cepat.

Baca juga:  5 Teori Ilmiah Penting yang Telah Mengubah Dunia

Ini dicontohkan oleh dua studi tentang reaksi kimia, di mana molekul-molekul berbentuk cincin pecah sebagai respons terhadap cahaya — suatu proses yang memainkan peran penting dalam produksi vitamin D dalam tubuh kita. Beberapa tahun yang lalu, para peneliti membuat film molekuler menggunakan LCLS, yang memberikan pandangan sekilas tentang cara kerja reaksi. Studi yang lebih baru, menggunakan MeV-UED, menambahkan detail resolusi tinggi.

Skema alat baru SLAC untuk difraksi elektron ultra cepat – salah satu “kamera elektron” tercepat di dunia – para peneliti dapat mempelajari gerakan dalam bahan yang berlangsung dalam waktu kurang dari 100 kuadriliun per detik. Sinar elektron berdenyut dibuat dengan menyinari pulsa laser pada fotokode logam. Sinar akan dipercepat oleh medan frekuensi radio dan difokuskan oleh lensa magnetik. Kemudian bergerak melalui sampel dan mencerai-beraikan inti atom dan elektron sampel, menciptakan gambar difraksi pada detektor. Perubahan pada gambar difraksi ini dari waktu ke waktu digunakan untuk merekonstruksi gerakan ultrafast dari struktur interior sampel. Kredit: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory

Menyambut para ilmuwan dari seluruh dunia

Sekarang, SLAC telah membuka akses ke instrumen untuk hampir semua orang. Para peneliti dapat mengajukan proposal untuk eksperimen, yang kemudian dievaluasi oleh komite ahli, diberi peringkat dan, jika berhasil, diberikan waktu untuk melakukan percobaan. Itulah cara yang sama LCLS dan sumber cahaya sinar-X lainnya menangani akses ke instrumen mereka.

Sementara pengguna akan datang dari seluruh dunia selama beberapa bulan mendatang, percobaan pertama pada instrumen tersebut dilakukan oleh seorang peneliti yang telah terlibat dengan MeV-UED sejak awal, merancang ruang sampel untuk bahan padat. Alexander Reid, staf ilmuwan di LCLS dan Stanford Institute for Material and Energy Sciences (SIMES), sedang mengumpulkan data minggu ini.

Baca juga:  Teknik Pencetakan 3D dengan Logam Cair Ditemukan

“Sangat memuaskan untuk melihat sistem MeV-UED, yang dimulai dengan sikap bisa-lakukan dan banyak bagian yang dipinjam, menjadi kekuatan besar bagi penemuan ilmiah,” kata Reid.

Reid melihat fenomena magnetik pada skala nano dalam bahan-bahan seperti besi-platinum, bahan baru namun kompleks yang relevan untuk memori data berbasis cloud dan dapat meningkatkan efisiensi dan keandalan penyimpanan data. Tetapi sebelum bahan tersebut dapat digunakan secara luas, para peneliti pertama-tama perlu memahami perilaku magnetik fundamentalnya.

“Dengan LCLS, kita bisa mendapatkan pengukuran yang sangat baik tentang bagaimana magnet berubah pada rentang waktu yang sangat cepat. Dengan UED, kita dapat melihat struktur atom material dan bagaimana ia bereaksi terhadap magnet yang berubah,” kata Reid. “Menyatukan kedua pengukuran ini memberikan gambaran lengkap tentang apa yang dilakukan seluruh sistem.”

    Like
    Like Love Haha Wow Sad Angry

    Leave a Reply