عبدالحفيظ العمري
29/08/2009, 11:15 PM
Imagine being able to see every bit of a chemical reaction as it happens. To observe reactants form fleeting intermediates that seamlessly transform into products. Or to watch a movie of a protein as it folds in a nanosecond. Not a representation, not a model or simulation, but actual pictures showing what molecules, cells, and proteins look like and how they move.
Researchers at California Institute of Technology are capturing such images with the world's only ultrafast electron microscope. For example, they have spied channels open and close in semiconductor crystals, a phenomenon never seen before.
Time is of the essence for this microscope, which can track three-dimensional structural changes on the atomic timescale. Ahmed H. Zewail, a professor of chemical physics and of physics at Caltech, refers to it as four-dimensional imaging.
Bond-making and bond-breaking between atoms occurs on the femtosecond (10-15) timescale and at picometer spatial resolution. This makes those transient structures of chemical reactions hard to catch, but this microscope can see them, Zewail says. To get photos at these space and time resolutions, analytical techniques that rely solely on radiation or light (such as spectroscopy and optical microscopy) won't work. Those techniques are physically limited to nanometer resolution, and conventional electron microscopes do not have the temporal component, he adds.
Zewail and his colleagues can see the structure and dynamics of a transient intermediate with the microscope because it probes samples with packets of single electrons at femtosecond time intervals.
Experts in microscopy consider the Caltech microscope revolutionary. This kind of imaging allows unprecedented ability to simultaneously determine molecular structure and the dynamics of how molecules move.
Thus far, Zewail and his colleagues have used ultrafast electron microscopy to directly image ordered systems, such as crystalline molecular materials. But they're eyeing applications far beyond. The Caltech researchers suggest that ultrafast electron imaging of biological particles, such as ribosomes, will provide more general information about complex energy landscapes. Ultimately, they want to unravel the functioning of more complicated biological .systems such as whole cells
"The idea that you could acquire real images with subpicosecond resolution was a change in the way chemists, physicists, and biologists could think about dynamics in the molecular systems," says David A. Tirrell, chair of the division of chemistry and chemical engineering at Caltech.
Zewail says he recognized the scientific need for ultrafast electron diffraction and microscopy several years before he received the 1999 Nobel Prize in Chemistry for the development of femtosecond chemistry. "I realized that as we get more and more involved in complex systems such as in biology and materials science, it is not enough to either determine the static structure or measure the time alone," he says. "To get at the function—let's call it the behavior—of either materials or biological systems, we have to integrate tools of structure and dynamics."
The only way to get an image is by magnifying a sample through microscopy, Zewail says. Direct imaging via ultrafast electron microscopy became reality in 2005, thanks to a $17.5 million grant from the Gordon & Betty Moore Foundation.
The ultrafast electron microscope at Caltech is a towering, modified transmission electron microscope interfaced to an expansive tabletop femtosecond-timed laser system, which is why researchers and visitors must wear safety glasses with dark lenses.
Part of the laser beam is used to excite the sample, and the remainder is converted to femtosecond pulses, which result in single-electron packets suitable for probing molecular structures. Because electrons repel each other, single electrons are critical to achieving atomic-scale femtosecond time resolution, Zewail explains. Instead of bringing in all of the electrons at once and having them repel each other, as in some conventional electron microscopes, electrons come in one at a time in the ultrafast electron microscope
When a single electron bounces off the excited sample in the microscope and hits the instrument's detector, the lenses inside the microscope magnify the object into a single frame that represents the femtosecond resolution and appears as an image on a computer screen. The process of acquiring frames is sequential, and the researchers can put all of the frames together to make a digital movie of what is happening on the atomic level.
The first generation of the microscope, which accelerated electrons to 120 keV, provided images of both inorganic materials and stained cell slices at better spatial resolution than a conventional transmission electron microscope did
The higher resolution second-generation microscope runs at 200 keV and is currently in use .at Caltech.It has helped researchers discover, for example, a previously unknown mechanical phenomenon in copper tetracyanoquinodimethane (CuTCNQ), a well-researched nanomaterial.
CuTCNQ, a quasi-one-dimensional semiconductor, has been studied for about 40 years, but the microscope's unique capabilities of spatial and temporal resolutions .unexpected behavior
initial images of the material from the ultrafast electron microscope showed a row of crystalline rods ranging from several micrometers to tens of nanometers. These images revealed a channel that forms and disappears in the row as a near-infrared laser pulse is turned on and off.
Despite the advance in the second-generation microscope, it is not optimal. Samples must be kept under vacuum to prevent them from reacting with ambient gases. Zewail says the highest resolution third-generation microscope, which is slated to run at 300 keV and be operational next year, will be able to run samples under more natural conditions, such as atmospheric pressure or in a liquid.
الترجمة
عدد تصوير الإلكترون فائق السرعة الفريد تَستعملُ الوقت للمُسَاعَدَة على تَوضيح الوظيفةِ
تخيّلْ أنْ يَكُونَ قادر على رُؤية كُلّ جزءِ تفاعل كيمياوي كما يَحْدثُ. لمُلاحَظَة شكلِ النواتج المنطلقة من مرحلة متوسطة زائلة التي يتتحوّلُ إلى المُنتَجاتِ باستمرار. أَو للمُرَاقَبَة فلم بروتين يتم طيه في نانوثانية. لَيس تمثيلا ولا نموذج أَو محاكاة، لكن الصورَ فعليةَ تعرض الجزيئاتَ والخلايا، والبروتينات مثلما تبدو وكيف تتحرّك.
باحثون في معهد تكنولوجيا كاليفورنيا حصلوا على مثل هذه الصورِ بمجهرِ ألكترونِ فائق السرعة الوحيد في العالم. على سبيل المثال، رَأوا قنواتَ تُفتح وتُغلق في بلوراتِ شبهِ الموصل وهي ظاهرة لم تُرى من قبل.
الوقت هو الاساس في هذا المجهرِ، الذي يُمْكِنُ أَنْ يَتعقّبَ تغييرات هيكلية ثلاثية الأبعادَ على المقياس الزمني الذرّي. أحمد زويل أستاذ الفيزياء الكيمياوية ومِنْ الفيزياءِ في كالتك، يُشيرُ إلي ذلك كتصوير ذي اربعة أبعاد.
يَقُولُ زويل: صنع رابطة وتكسيرها في الذرّاتِ تَحْدثُ على جزء من ألف مليون من مليون من الثانيةِ (10-15) بالمقياس الزمني وفي دقةِ مليون المكاني. هذا يجعل تلك التراكيبِ الزائلة من التفاعلات الكيمياوية صعبة الامساك، لكن هذا المجهرِ يُمْكِنُ أَنْ يَراهم، واضاف: للحُصُول على صورِ في دقات زمانية ومكانية التقنيات التحليلية التي تَعتمدُ فقط على الإشعاعِ أَو الضوءِ (مثل المكشاف الطيفي و المجهر البصري) لَنْ تعمل. تلك التقنياتِ محدودة فيزيائيا الى دقة نانومترية، والمجاهر الألكترونِ التقليديةِ ما عِنْدَها المكوّنُ الزمني.
زويل وزملائه يُمْكِنُ أَنْ يَرو تركيبَ وحركة الحركة الانتقالية بالمجهرِ لأنه يَتقصّى العيناتَ برُزَمِ من الألكتروناتِ المفردة على فتراتَ زمنية كجزء من ألف مليون من مليون من الثانيةِ.
يَعتبرُ الخبراءُ في إستعمالِ المجاهر أن مجهرَ كالتك ثوري. هذا نوعِ من التصوير يَسْمحُ بقدرةِ غير مسبوقةِ لتحديد التركيبِ الجزيئيِ بشكل آني وحركي بكيفية تحرك الجزيئات .
حتى الان، إستعملَ زويل وزملائه مجهر الألكترونِ فائق السرعة لتصوير الأنظمةِ المنظّمةِ مباشرة، مثل الموادِ الجزيئيةِ البلّوريةِ. لَكنَّهم يرون ان التطبيقاتَ أبعد بِكَثِيِرٍ مِنْ ذلك. يَقترحُ باحثو كالتك ّ تصوير الألكترونِ فائق السرعة لجزيئاتِ حيويةِ، مثل الريبوزومات سَيُزوّدُ بمعلوماتَ أكثرَ عمومية حول مجاهيل النشاطات الطبيعية المعقّدةِ. في النهاية يُريدونَ كَشْف عمل الأنظمةِ الحيويةِ الاكثر تعقيدا مثل الخلايا الكاملةِ.
يَقُولُ ديفيد أي . تيريل، كرسي قسمِ الكيمياءِ والهندسة الكيمياويةِ في كالتك:-"الفكرة التي تمكن من الحصول علىَ صورَ حقيقيةَ بدقة اقل من مليون من الثانية كَانتْ َتغير من طرق تفكير علماء الكيمياء والفيزياء والاحياء بشأن الحركة في الأنظمةِ الجزيئيةِ ".
زويل يَقُولُ بأنّه عَرفَ الحاجةَ العلميةَ لإستعمالِ مجهر ألكترونِ فائق السرعة منذ عِدّة سَنَوات قَبْلَ أَنْ يتسلم جائزة نوبلَ 1999 في الكيمياءِ لتطويرِ كيمياءِ الفيمتو. "أدركتُ بأنّه بينما نحنُ ندفع للمشاركة أكثر فأكثر في الأنظمةِ المعقّدةِ مثلا في عِلْمِ الأحياء وعلم الموادِ ليس من كافي بتحليل التركيبَ الساكنَ أَو بقياس الوقتَ لوحده" ويقول" للتَوَصُّل إلى وظيفة – لنسميها سلوك - كلا من الموادِ أَو الأنظمةِ الحيويةِ، نحن يَجِبُ أَنْ نُكاملَ أدواتَ التركيبِ والحركة."
زويل يَقُولُ :الطريق الوحيد للحُصُول على صورةَ بتَكبير عيّنة باستعمالِ مجهر،. التصوير المباشر بإستعمالِ مجهر الألكترونِ فائق السرعة أصبحَ حقيقةً في 2005، شكراً لـ 17.5$ مليون دولار الممنوحة من قبل جوردن ومؤسسة بيتي مور.
إنّ مجهرَ الالكترونِ فائق السرعة في كالتك هو مجهر ألكترونِي ذو تعديل عالي ينقل بينية السطوح إلى نظامِ ليزرِي بتغطية مجدولة موقوتِ بجزء من ألف مليون من مليون من الثانيةَ، لهذا السبب باحثون وزوّار يَجِبُ أَنْ يَلْبسوا نظارات أمان بعدساتِ داكنة.
جزء شعاعِ الليزرَ يُستَعملُ لإثارة العيّنةِ، والبقيّة تُحوّلُ إلى نبضات فيمتوثانية تنتج حزم الألكترونِ الاحادية المناسبة لتقصّي التراكيبِ الجزيئيةِ. زويل يُوضّحُ :- لأن الألكتروناتَ تنفر من بعضهاالبعض، الألكتروناتَ الاحادية تكون حاسمة لتحقيق دقة بزمن الفيمتو ثانية بالمِقياسِ الذرّيِ. بدلاً مِنْ جلب كُلّ الألكتروناتِ معا فيحدث عند ذلك ان تتنافر من بعضها البعض كما في بَعْض المجاهرِ الألكترونِية التقليديةِ، تأتي ألالكتروناتُ بِانفراد في مجهرِ ألكترونِ فائق السرعة.
عندما ألكترون الاحادي يَثِبُ علىْ العيّنةِ المثارةِ في المجهرِ سيَضْربُ كاشفَ المجهر فتُكبّرُ العدساتَ داخل المجهرِ الجسمَ في إطار مفرد بدقة الفيمتوثانية ويَظْهرُ كصورة على شاشة الحاسوبِ. بالحصول على الإطاراتِ بشكل متعاقب الباحثون يُمْكِنُ أَنْ يَضعوا كُلّ الإطاراتِ سوية لصنع فيلم رقمي لما يَحْدثُ على المستوى الذرّيِ.
الجيل الأول للمجهرِ، الذي تتسارع الألكتروناتَ إلى 120 keV، زوّدَ بصورَ لكل من المواد اللا عضوية وشرائح الخليةِ الملوّثةِ بدقة مكانيِة أكثر مِنْ عمل مجهر ألكترونِي ذو إرسالِ تقليديِ.
الدقة العالية للجيل الثاني من المجهر تعمل عند 200 keV - وهي قيد الإستعمالُ حالياً في كالتك - قد ساعدت الباحثين لاكتشافَ، على سبيل المثال , ظاهرة ميكانيكية مجهولة سابقاً في النحاس tetracyanoquinodimethane CuTCNQ) ,) مادة نانوية مَبْحُوث جيدا.
إنCuTCNQ هي شبه موصل أحادي البعد، دُرِسَت لمدة 40 سنة تقريباً، لكن قدرات المجهرَ الفريدةَ بالدقة المكانيةِ والزمانية وضّحَت سلوكاً غير متوقّعَ.
الصور الأولية للمادّةِ في مجهرِ ألكترونِ فائق السرعة اظهرت صفّ من القضبانِ البلّوريةِ تَتراوحُ مِنْ عِدّة ميكرومترات إلى عشراتِ النانومترات. هذه الصورِ كَشفتْ عن قناة تتُشكّلُ وتَختفي في الصفِّ كنبضة ليزرِ أشعة تحت الحمراءِ تقريباً تُفتح وتُغلق.
على الرغم مِنْ التقدّمِ في مجهرِ الجيل الثاني، فهو لَيسَ مثاليَ. العينات يجب أنْ تُبقي ضمن الفراغِ لمَنْعها من التفاعل مع الغازاتِ المحيطةِ. يَقُولُ زويل:- مجهر الجيلِ الثالث بدقة تصل الى 300 keV سيَكُونُ جاهزاً السَنَة القادمة، سَيَكُونُ قادر على إدارة العيناتِ تحت الشروطِ الأكثرِ طبيعية، مثل الضغطِ الجوي أَو في سائل.
Researchers at California Institute of Technology are capturing such images with the world's only ultrafast electron microscope. For example, they have spied channels open and close in semiconductor crystals, a phenomenon never seen before.
Time is of the essence for this microscope, which can track three-dimensional structural changes on the atomic timescale. Ahmed H. Zewail, a professor of chemical physics and of physics at Caltech, refers to it as four-dimensional imaging.
Bond-making and bond-breaking between atoms occurs on the femtosecond (10-15) timescale and at picometer spatial resolution. This makes those transient structures of chemical reactions hard to catch, but this microscope can see them, Zewail says. To get photos at these space and time resolutions, analytical techniques that rely solely on radiation or light (such as spectroscopy and optical microscopy) won't work. Those techniques are physically limited to nanometer resolution, and conventional electron microscopes do not have the temporal component, he adds.
Zewail and his colleagues can see the structure and dynamics of a transient intermediate with the microscope because it probes samples with packets of single electrons at femtosecond time intervals.
Experts in microscopy consider the Caltech microscope revolutionary. This kind of imaging allows unprecedented ability to simultaneously determine molecular structure and the dynamics of how molecules move.
Thus far, Zewail and his colleagues have used ultrafast electron microscopy to directly image ordered systems, such as crystalline molecular materials. But they're eyeing applications far beyond. The Caltech researchers suggest that ultrafast electron imaging of biological particles, such as ribosomes, will provide more general information about complex energy landscapes. Ultimately, they want to unravel the functioning of more complicated biological .systems such as whole cells
"The idea that you could acquire real images with subpicosecond resolution was a change in the way chemists, physicists, and biologists could think about dynamics in the molecular systems," says David A. Tirrell, chair of the division of chemistry and chemical engineering at Caltech.
Zewail says he recognized the scientific need for ultrafast electron diffraction and microscopy several years before he received the 1999 Nobel Prize in Chemistry for the development of femtosecond chemistry. "I realized that as we get more and more involved in complex systems such as in biology and materials science, it is not enough to either determine the static structure or measure the time alone," he says. "To get at the function—let's call it the behavior—of either materials or biological systems, we have to integrate tools of structure and dynamics."
The only way to get an image is by magnifying a sample through microscopy, Zewail says. Direct imaging via ultrafast electron microscopy became reality in 2005, thanks to a $17.5 million grant from the Gordon & Betty Moore Foundation.
The ultrafast electron microscope at Caltech is a towering, modified transmission electron microscope interfaced to an expansive tabletop femtosecond-timed laser system, which is why researchers and visitors must wear safety glasses with dark lenses.
Part of the laser beam is used to excite the sample, and the remainder is converted to femtosecond pulses, which result in single-electron packets suitable for probing molecular structures. Because electrons repel each other, single electrons are critical to achieving atomic-scale femtosecond time resolution, Zewail explains. Instead of bringing in all of the electrons at once and having them repel each other, as in some conventional electron microscopes, electrons come in one at a time in the ultrafast electron microscope
When a single electron bounces off the excited sample in the microscope and hits the instrument's detector, the lenses inside the microscope magnify the object into a single frame that represents the femtosecond resolution and appears as an image on a computer screen. The process of acquiring frames is sequential, and the researchers can put all of the frames together to make a digital movie of what is happening on the atomic level.
The first generation of the microscope, which accelerated electrons to 120 keV, provided images of both inorganic materials and stained cell slices at better spatial resolution than a conventional transmission electron microscope did
The higher resolution second-generation microscope runs at 200 keV and is currently in use .at Caltech.It has helped researchers discover, for example, a previously unknown mechanical phenomenon in copper tetracyanoquinodimethane (CuTCNQ), a well-researched nanomaterial.
CuTCNQ, a quasi-one-dimensional semiconductor, has been studied for about 40 years, but the microscope's unique capabilities of spatial and temporal resolutions .unexpected behavior
initial images of the material from the ultrafast electron microscope showed a row of crystalline rods ranging from several micrometers to tens of nanometers. These images revealed a channel that forms and disappears in the row as a near-infrared laser pulse is turned on and off.
Despite the advance in the second-generation microscope, it is not optimal. Samples must be kept under vacuum to prevent them from reacting with ambient gases. Zewail says the highest resolution third-generation microscope, which is slated to run at 300 keV and be operational next year, will be able to run samples under more natural conditions, such as atmospheric pressure or in a liquid.
الترجمة
عدد تصوير الإلكترون فائق السرعة الفريد تَستعملُ الوقت للمُسَاعَدَة على تَوضيح الوظيفةِ
تخيّلْ أنْ يَكُونَ قادر على رُؤية كُلّ جزءِ تفاعل كيمياوي كما يَحْدثُ. لمُلاحَظَة شكلِ النواتج المنطلقة من مرحلة متوسطة زائلة التي يتتحوّلُ إلى المُنتَجاتِ باستمرار. أَو للمُرَاقَبَة فلم بروتين يتم طيه في نانوثانية. لَيس تمثيلا ولا نموذج أَو محاكاة، لكن الصورَ فعليةَ تعرض الجزيئاتَ والخلايا، والبروتينات مثلما تبدو وكيف تتحرّك.
باحثون في معهد تكنولوجيا كاليفورنيا حصلوا على مثل هذه الصورِ بمجهرِ ألكترونِ فائق السرعة الوحيد في العالم. على سبيل المثال، رَأوا قنواتَ تُفتح وتُغلق في بلوراتِ شبهِ الموصل وهي ظاهرة لم تُرى من قبل.
الوقت هو الاساس في هذا المجهرِ، الذي يُمْكِنُ أَنْ يَتعقّبَ تغييرات هيكلية ثلاثية الأبعادَ على المقياس الزمني الذرّي. أحمد زويل أستاذ الفيزياء الكيمياوية ومِنْ الفيزياءِ في كالتك، يُشيرُ إلي ذلك كتصوير ذي اربعة أبعاد.
يَقُولُ زويل: صنع رابطة وتكسيرها في الذرّاتِ تَحْدثُ على جزء من ألف مليون من مليون من الثانيةِ (10-15) بالمقياس الزمني وفي دقةِ مليون المكاني. هذا يجعل تلك التراكيبِ الزائلة من التفاعلات الكيمياوية صعبة الامساك، لكن هذا المجهرِ يُمْكِنُ أَنْ يَراهم، واضاف: للحُصُول على صورِ في دقات زمانية ومكانية التقنيات التحليلية التي تَعتمدُ فقط على الإشعاعِ أَو الضوءِ (مثل المكشاف الطيفي و المجهر البصري) لَنْ تعمل. تلك التقنياتِ محدودة فيزيائيا الى دقة نانومترية، والمجاهر الألكترونِ التقليديةِ ما عِنْدَها المكوّنُ الزمني.
زويل وزملائه يُمْكِنُ أَنْ يَرو تركيبَ وحركة الحركة الانتقالية بالمجهرِ لأنه يَتقصّى العيناتَ برُزَمِ من الألكتروناتِ المفردة على فتراتَ زمنية كجزء من ألف مليون من مليون من الثانيةِ.
يَعتبرُ الخبراءُ في إستعمالِ المجاهر أن مجهرَ كالتك ثوري. هذا نوعِ من التصوير يَسْمحُ بقدرةِ غير مسبوقةِ لتحديد التركيبِ الجزيئيِ بشكل آني وحركي بكيفية تحرك الجزيئات .
حتى الان، إستعملَ زويل وزملائه مجهر الألكترونِ فائق السرعة لتصوير الأنظمةِ المنظّمةِ مباشرة، مثل الموادِ الجزيئيةِ البلّوريةِ. لَكنَّهم يرون ان التطبيقاتَ أبعد بِكَثِيِرٍ مِنْ ذلك. يَقترحُ باحثو كالتك ّ تصوير الألكترونِ فائق السرعة لجزيئاتِ حيويةِ، مثل الريبوزومات سَيُزوّدُ بمعلوماتَ أكثرَ عمومية حول مجاهيل النشاطات الطبيعية المعقّدةِ. في النهاية يُريدونَ كَشْف عمل الأنظمةِ الحيويةِ الاكثر تعقيدا مثل الخلايا الكاملةِ.
يَقُولُ ديفيد أي . تيريل، كرسي قسمِ الكيمياءِ والهندسة الكيمياويةِ في كالتك:-"الفكرة التي تمكن من الحصول علىَ صورَ حقيقيةَ بدقة اقل من مليون من الثانية كَانتْ َتغير من طرق تفكير علماء الكيمياء والفيزياء والاحياء بشأن الحركة في الأنظمةِ الجزيئيةِ ".
زويل يَقُولُ بأنّه عَرفَ الحاجةَ العلميةَ لإستعمالِ مجهر ألكترونِ فائق السرعة منذ عِدّة سَنَوات قَبْلَ أَنْ يتسلم جائزة نوبلَ 1999 في الكيمياءِ لتطويرِ كيمياءِ الفيمتو. "أدركتُ بأنّه بينما نحنُ ندفع للمشاركة أكثر فأكثر في الأنظمةِ المعقّدةِ مثلا في عِلْمِ الأحياء وعلم الموادِ ليس من كافي بتحليل التركيبَ الساكنَ أَو بقياس الوقتَ لوحده" ويقول" للتَوَصُّل إلى وظيفة – لنسميها سلوك - كلا من الموادِ أَو الأنظمةِ الحيويةِ، نحن يَجِبُ أَنْ نُكاملَ أدواتَ التركيبِ والحركة."
زويل يَقُولُ :الطريق الوحيد للحُصُول على صورةَ بتَكبير عيّنة باستعمالِ مجهر،. التصوير المباشر بإستعمالِ مجهر الألكترونِ فائق السرعة أصبحَ حقيقةً في 2005، شكراً لـ 17.5$ مليون دولار الممنوحة من قبل جوردن ومؤسسة بيتي مور.
إنّ مجهرَ الالكترونِ فائق السرعة في كالتك هو مجهر ألكترونِي ذو تعديل عالي ينقل بينية السطوح إلى نظامِ ليزرِي بتغطية مجدولة موقوتِ بجزء من ألف مليون من مليون من الثانيةَ، لهذا السبب باحثون وزوّار يَجِبُ أَنْ يَلْبسوا نظارات أمان بعدساتِ داكنة.
جزء شعاعِ الليزرَ يُستَعملُ لإثارة العيّنةِ، والبقيّة تُحوّلُ إلى نبضات فيمتوثانية تنتج حزم الألكترونِ الاحادية المناسبة لتقصّي التراكيبِ الجزيئيةِ. زويل يُوضّحُ :- لأن الألكتروناتَ تنفر من بعضهاالبعض، الألكتروناتَ الاحادية تكون حاسمة لتحقيق دقة بزمن الفيمتو ثانية بالمِقياسِ الذرّيِ. بدلاً مِنْ جلب كُلّ الألكتروناتِ معا فيحدث عند ذلك ان تتنافر من بعضها البعض كما في بَعْض المجاهرِ الألكترونِية التقليديةِ، تأتي ألالكتروناتُ بِانفراد في مجهرِ ألكترونِ فائق السرعة.
عندما ألكترون الاحادي يَثِبُ علىْ العيّنةِ المثارةِ في المجهرِ سيَضْربُ كاشفَ المجهر فتُكبّرُ العدساتَ داخل المجهرِ الجسمَ في إطار مفرد بدقة الفيمتوثانية ويَظْهرُ كصورة على شاشة الحاسوبِ. بالحصول على الإطاراتِ بشكل متعاقب الباحثون يُمْكِنُ أَنْ يَضعوا كُلّ الإطاراتِ سوية لصنع فيلم رقمي لما يَحْدثُ على المستوى الذرّيِ.
الجيل الأول للمجهرِ، الذي تتسارع الألكتروناتَ إلى 120 keV، زوّدَ بصورَ لكل من المواد اللا عضوية وشرائح الخليةِ الملوّثةِ بدقة مكانيِة أكثر مِنْ عمل مجهر ألكترونِي ذو إرسالِ تقليديِ.
الدقة العالية للجيل الثاني من المجهر تعمل عند 200 keV - وهي قيد الإستعمالُ حالياً في كالتك - قد ساعدت الباحثين لاكتشافَ، على سبيل المثال , ظاهرة ميكانيكية مجهولة سابقاً في النحاس tetracyanoquinodimethane CuTCNQ) ,) مادة نانوية مَبْحُوث جيدا.
إنCuTCNQ هي شبه موصل أحادي البعد، دُرِسَت لمدة 40 سنة تقريباً، لكن قدرات المجهرَ الفريدةَ بالدقة المكانيةِ والزمانية وضّحَت سلوكاً غير متوقّعَ.
الصور الأولية للمادّةِ في مجهرِ ألكترونِ فائق السرعة اظهرت صفّ من القضبانِ البلّوريةِ تَتراوحُ مِنْ عِدّة ميكرومترات إلى عشراتِ النانومترات. هذه الصورِ كَشفتْ عن قناة تتُشكّلُ وتَختفي في الصفِّ كنبضة ليزرِ أشعة تحت الحمراءِ تقريباً تُفتح وتُغلق.
على الرغم مِنْ التقدّمِ في مجهرِ الجيل الثاني، فهو لَيسَ مثاليَ. العينات يجب أنْ تُبقي ضمن الفراغِ لمَنْعها من التفاعل مع الغازاتِ المحيطةِ. يَقُولُ زويل:- مجهر الجيلِ الثالث بدقة تصل الى 300 keV سيَكُونُ جاهزاً السَنَة القادمة، سَيَكُونُ قادر على إدارة العيناتِ تحت الشروطِ الأكثرِ طبيعية، مثل الضغطِ الجوي أَو في سائل.