FoodPro Preloader

Elektronmikroskopi blir vridd


Av Zeeya Merali Whirling electron vortices kan hjelpe materialer forskere å kartlegge egenskapene til nanomaterialer i ny detalj. En teknikk som ble beskrevet i Nature's September 16-utgave , kunne brukes i elektronmikroskop som en del av den fortsatte søken for å skalere størrelsen på elektroniske chips. Opt

Av Zeeya Merali

Whirling electron vortices kan hjelpe materialer forskere å kartlegge egenskapene til nanomaterialer i ny detalj. En teknikk som ble beskrevet i Nature's September 16-utgave , kunne brukes i elektronmikroskop som en del av den fortsatte søken for å skalere størrelsen på elektroniske chips.

Optiske fysikere har brukt spiralbaserte laserstråler, hvor lysbølger er vridd i hvirvler, i nesten 30 år, sier Jo Verbeeck, en materialforsker ved Universitetet i Antwerpen i Belgia og første forfatter på Naturpapiret . Disse virvelbjelkene brukes rutinemessig til å fange og flytte mikroskopiske biologiske partikler for studier i laboratoriet. "Det er som om de er fanget i et syklons øye", sier han.

Materialforskere vil gjerne kunne dreie elektronstrålene som brukes i elektronmikroskop på en lignende måte. "En elektron vortex stråle kan manipulere nanomaterialer bare noen få atomer tykk, " sier Verbeeck, som ville bidra til å bygge stadig mindre elektroniske chips.

Tidligere i år viste Masaya Uchida og Akira Tonomura ved Advanced Science Institute i Wako, en del av Japans nettverk av forskningslaboratorier, kjent som RIKEN, at elektronbjelker kan vrides. De passerte en elektronstråle gjennom en bunke med tynnfilm grafitt, som var lagdelt for å etterligne de første trinnene i en spiraltrapp.

Når strålen gikk gjennom stabelen, ble ulike deler av det forskjøvet av varierende mengder, avhengig av hvor mange grafitt "trinn" det måtte reise gjennom. Så da strålen dukket opp, hadde det tatt en spiralform.

Ulempen med denne metoden er at det er vanskelig å bygge og vedlikeholde en "trapp" ut av et slikt skjør materiale, sier Verbeeck. Bare å sende en elektronstråle gjennom den en gang ville forurense det, ødelegge det presise trinnmønsteret som trengs. "Dette var et veldig spennende stykke arbeid, men selv om du lager en vridet elektronstråle en dag, kan du ikke lett gå tilbake og gjøre det igjen neste dag, med samme utstyr, " sier han.

Platina maske

Verbeeck og hans kolleger brukte en annen tilnærming, basert på datorgenererte hologrammer. De skapte en "maske" - et tynt platinplater, med et bestemt grid-lignende mønster etset ut - som ble plassert i strålenes vei. Forskerne kjørte datasimuleringer for å finne ut den nøyaktige gridkonfigurasjonen som ville føre til at elektronstrålen splittes som den passerte gjennom masken og rekombinere som en spiral på den andre siden. "Den første gangen vi prøvde masken, skapte den virvelbjelken akkurat som spådd. Jeg ble overrasket over hvor lett det var, " sier Verbeeck. "Det er kraften i vår metode: Det vil være enkelt for andre å lage og bruke."

"Dette er ikke den første demonstrasjonen av en elektronvortex, men det er første gang det har blitt demonstrert på en måte som enkelt kan implementeres i mange elektronmikroskop, " sier Javier García de Abajo, en elektronmikroskopiekspert ved Institutt for Optikk i Madrid. "Dette vil få vidtgående konsekvenser."

Den mest umiddelbare bruken av vortexstrålen vil være å måle magnetiske egenskaper av nanopartikler. Når spiraliserende elektronstråler passerer magnetiske partikler, i teorien, bør deres rotasjonsgrad endre seg, avhengig av magnetismens styrke. Verbeeck og hans team har bekreftet at dette er tilfellet ved å skinne den spiralformede strålen på en ferromagnetisk film av jern.

Uchida gleder seg over den alternative metoden for å generere en virvelbjelke. Teknikken er "svært viktig", sier han, fordi den vil forlenge evnen til konvensjonelle elektronmikroskop og skal tillate "magnetisk atom-atom-analyse i nær fremtid".

Verbeeck og hans kolleger tester om strålen ikke bare kan sonde, men også manipulere enkeltatomer. Hvis vellykket, sier García de Abajo, vil virvelbjelken være en viktig ressurs for de som arbeider for å redusere elektroniske chips til bare noen få atomer. "For disse programmene trenger du verktøy for å kunne lage flisene og holde kontroll på hva atomene gjør, " sier han.

Teknikken kan også hjelpe fysikere til å forstå mer om eksotiske materialer, som superfluider og superledere, som ofte inneholder virvler som genereres når strømmer passerer gjennom dem, sier Verbeeck.

Naturlige hvirvler som genereres spontant i disse materialene, er vanskelige å studere, da det er vanskelig å isolere deres oppførsel i eksotisk materiale, der også andre urelaterte fenomener forekommer. Verbeeck sier imidlertid at hans lags elektronvortexstråle kunne settes opp for å etterligne oppførselen til disse naturlige virvlene, som fungerer som en lett kontrollerbar modell for materialforskere å undersøke. "Men det er et langt lengre mål, " sier han.

Siste nytt

I motsetning til Sylvester og Tweety får katter vanligvis sine fugler - opptil 3,7 milliarder av demNy sesong på den røde planetenSpørsmål & Svar: Lawrence Krauss på den største historien noensinne fortaltRing meg på MetaphoneVarmere hav knyttet til østkysten orkanutbruddVenter på reformer kan gi det vitenskapelige fellesskapet lindring fra Storbritannias farliggjørende skadereglerItalias oliventre måtte ikke dø6 Supercool Tech Toy Standouts på 2016 International Toy Fair [Slide Show]