Построен электронный микроскоп нового типа
Специалисты корпорации Hitachi High Technologies и Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory – BNL) разработали новый сканирующий микроскоп, который позволяет снимать атомы одновременно на поверхности и в объёме образца.
«Наши знания о влиянии индивидуальных атомов на свойства нанообъектов и процессы, происходящие в устройствах преобразования энергии, очень сильно ограничиваются возможностями наблюдения за ними», — говорит один из ведущих исследователей Имэй Чжу (Yimei Zhu) в пресс-релизе BNL. Как известно, для понимания многих реакций недостаточно «видеть» только объём материала.
Его поверхность, где собственно и происходит взаимодействие, важна не меньше.
Именно этого объединения и добились разработчики новой машины, которая расположилась на территории Центра функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials).
Как и все сканирующие электронные микроскопы, новый инструмент освещает образец пучком электронов, сфокусированным на небольшой точке, затем детекторы ловят испущенные материалом вторичные электроны. Полученные данные позволяют определить структуру поверхности и топографию образца.
Но теперь исследователи разместили детекторы как перед образцом, так и за ним. Второй набор регистрирует электроны, прошедшие через толщу изучаемого материала, благодаря чему появляется возможность построить внутреннюю структуру (получается как бы помесь сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов).
Учёные применили в новинке ряд усовершенствований. В частности, оригинальную систему коррекции сферической аберрации.
Дополнения привели к увеличению разрешающей способности исходного прибора в четыре раза (до одной десятой нанометра), то есть теперь у машины появилась возможность делать изображения, на которых можно различить отдельные атомы.
«Эффект похож на тот, что получается при использовании большей линзы в фотоаппарате: данных собирается больше и они при этом фокусируются на меньшей площади», — поясняет биофизик Джозеф Уолл (Joseph Wall), один из авторов разработки, описывающих её в статье в журнале Nature Materials.
Для демонстрации возможностей нового прибора учёные провели съёмку отдельных атомов урана (обведены кружками) на поверхности тонкой подложки из углерода.
Вверху: изображение, полученное в прошедших через образец электронах. Внизу: изображение поверхности образца. По центру: объединённая картина (объём – красным, поверхность – зелёным).
Атомы, которые не видны на нижнем снимке, находятся на нижней стороне углеродной подложки (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).
«Информация, полученная с помощью нового устройства, позволит больше узнать о расположении атомов и активных центров, разглядеть небольшие вариации состава и положение дефектов кристаллической структуры образца. Все эти показатели значительно влияют на свойства материалов и их реакции друг с другом», — добавляет Чжу.
Действительно, такая двойная съёмка помогает учёным лучше понять полную картину происходящего, например, как взаимодействуют атомы поверхности и объёма во время каталитической реакции.
Для нормальной работы столь чувствительного прибора, конечно же, понадобились особые условия. Чтобы изолировать новый микроскоп от вибраций, перепадов температуры и даже слабых электромагнитных полей, его поместили в особую комнату.
В ней все 24 часа температура регулируется вплоть до сотых долей градуса Цельсия, амортизирующие пластины защищают прибор от проезжающих вдали грузовиков и хлопающих дверей, обычная система вентиляции заменена на охлаждающие воздух панели. «Всё здание является своего рода технологическим шедевром. Микроскоп просто не смог бы работать в других условиях», — поясняет Чжу.
Заметим, разрешение в 0,1 нанометра является одним из лучших показателей для электронных микроскопов, но вдвое уступает достижению аппарата Titan. Узнайте также о том, как благодаря новым разработкам учёным удалось отснять скрытые атомы, вращающийся рост нанотрубок и анатомию молекулы.
Как отличить кожу от искусственной + загадка. Не детский цифровой USB микроскоп.
