En ny bildteknik som använder elektron diffraktion vågor att förbättra både upplösning och känslighet för små strukturer har utvecklats av forskare vid University of Illinois i Urbana-Champaign. Tekniken fungerar på samma princip som röntgendiffraktion, men kan spela struktur från en enda nanostruktur eller makromolekyl. Bestämma strukturen av material - till exempel protein kristaller - är för närvarande utförs med hjälp av röntgendiffraktion. Men många små konstruktioner som används inom nanotekniken inte varit tillgänglig för kristallografi, så deras strukturer är fortfarande okända. "Naturen är full av föremål som inte enkelt kan kristalliseras, däribland många proteiner och nanostora objekt som saknar en periodisk struktur", säger Jian-Min (Jim) Zuo, professor i materialvetenskap och teknik vid Illinois och motsvarande författare till en papper som ska visas i maj 30 numret av tidskriften Science. "Vår teknik har potential att bilden nonperiodic nanostrukturer, inklusive biologiska makromolekyler, på atomär upplösning." För att demonstrera effektiviteten i deras bildteknik, Zuo och hans kollegor in och bearbetat diffraktionsmönster från en dubbel-vägg Nanorör. "Kolnanorör är av särskilt intresse eftersom de mekaniska och elektriska egenskaper hos en nanotube beror på dess struktur", säger Zuo, som också är forskare vid Frederick Seitz Materials Research Laboratory i Illinois campus. "Men bara det yttersta skalet av en Nanorör har avbildats av sveptunnelmikroskopi med atomär upplösning." Eftersom kol besitter några elektroner, spridningen av en elektronstråle sig är svag och oftast resulterar i en bild med låg kontrast och dålig upplösning, säger Zuo. Imaging kolatomer har varit en särskild utmaning. "Medan konventionella elektronmikroskop kan nå en lösning som närmar sig 1 Ångström för många material," Zuo sade, "upplösningen gränsen för kol i nanorör är bara 3 nanometer." För att bilden en dubbel vägg Nanorör, forskarna väljs först en enda nanotube mål i ett transmissionselektronmikroskop. Sedan upplyst nanorör med en smal stråle av elektroner omkring 50 nanometer i diameter. När den diffraktionsmönster, använde de en översampling teknik och iterativ process för att hämta fasinformation och konstruera en bild med en upplösning på 1 Ångström. "Eftersom denna process inte använder en lins för att bilda bilden är upplösningen inte begränsas av lins aberration," Zuo sagt. "Lens aberration är den faktor som har att begränsa upplösningen av de bästa elektronmikroskop. Det är som det oskärpa när du tittar genom botten på en vinflaska." Komplexiteten i nanorör bilden var överraskande, säger Zuo. "Den dubbla väggar nanorör består av två koncentriska nanorör med olika spiralformade vinklar. Som två skruvar med olika tonhöjd, ibland nanotube strukturer linje upp och ibland inte. Detta resulterar i ett komplicerat mönster av både oavsiktliga sammanträffanden och obalans." Förmågan att generera bilder från nanoskala diffraktion mönster erbjuder ett sätt att bestämma struktur nonperiodic objekt, från oorganiska nanostrukturer för biologiska makromolekyler, ungefär som röntgendiffraktion gör för kristaller, säger Zuo. "Eftersom diffraktion är en standard metod för att bestämma struktur, öppnar våra nanoarea elektron diffraktion teknik en dörr att undersöka strukturen hos enskilda och mycket oregelbundna molekyler och nanostrukturer som kluster och ledningar." Förutom Zuo, i laget gästforskare Ivan Vartanyants och postdoktor Min Gao vid Illinois, och forskare Ruth Zhang och Larry Nagahara vid Motorola Labs. Det amerikanska Department of Energy finansierat arbetet.
Date Added: Nov 18, 2003
Last Update: 13. October 2011 07:01
|