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Nouvelle technique pour accroître les capacités des microscopes classiques

Published on January 14, 2011 at 3:38 AM

Les microscopes électroniques sont parmi les outils les plus largement utilisés scientifique et médicale pour l'étude et la compréhension d'un large éventail de matériaux, à partir de tissus biologiques à la miniature dispositifs magnétiques, à des niveaux minuscules détails.

Maintenant, les chercheurs du National Institute of Standards and Technology (NIST) ont trouvé un roman et méthode potentiellement largement applicable pour étendre les capacités de microscopes électroniques à transmission conventionnelle (TEM). Passant des électrons à travers un réseau à l'échelle nanométrique les scientifiques transmises les vagues d'électrons résultant avec l'élan orbitale tellement ils ont maintenu une forme tire-bouchon dans l'espace libre.

Les chercheurs du NIST tordus les fronts d'onde d'électrons à plat dans un fan d'hélices à l'aide d'un film très mince avec un motif de 5 microns de diamètre de fentes échelle nanométrique, qui combine les fronts d'onde pour créer des formes en spirale semblable à un fabricant de pâtes rotini extrusion.

Le développement ouvre la possibilité d'adapter la microscopie électronique à transmission, qui peut voir tinier de détails que la microscopie optique et peut étudier un large éventail de matériaux de microscopie à sonde locale, pour l'imagerie rapide et peu coûteuse d'un ensemble plus vaste de matériaux magnétiques et biologiques avec l'échelle atomique résolution.

«La forme en spirale et le moment angulaire de ces électrons vont penchons-nous sur une plus grande variété de matériaux de manières qui étaient auparavant inaccessibles aux utilisateurs TEM», a déclaré Ben McMorran, l'un des auteurs du document de recherche à venir. «Équiper un TEM avec une nanograting comme nous l'avons utilisé dans notre expérience pourrait être un moyen peu coûteux d'étendre considérablement les capacités du microscope."

Bien que les chercheurs du NIST n'étaient pas les premiers à manipuler un faisceau d'électrons de cette façon, leur appareil était beaucoup plus petit, séparé du déployèrent poutres 10 fois plus large que les expériences précédentes, et filé jusqu'à des électrons avec 100 fois la dynamique orbitale. Cette augmentation de la dynamique orbitale leur a permis de déterminer que le tire-bouchon d'électrons, tandis que remarquablement stable, s'étend progressivement au fil du temps. Les travaux du groupe seront communiqués dans les 14 janvier 2011, numéro de la revue Science.

Les électrons dans les faisceaux d'électrons se comportent comme des clapotis des vagues qui se déplacent à travers l'espace comme une onde de la lumière, McMorran dit. Contrairement fronts d'onde de la lumière, qui sont des centaines de nanomètres d'intervalle (une distance appelée longueur d'onde), les longueurs d'onde des électrons sont mesurées en picomètres (milliardièmes de mètre), ce qui les rend excellents pour des objets minuscules tels que l'imagerie des atomes en raison de leurs dimensions comparables . Dans un faisceau d'électrons ordinaires, les fronts d'onde des électrons sont relativement plane et uniforme.

Pour tourner les électrons et de leur donner l'élan orbitales, les chercheurs du NIST tordus les fronts d'onde d'électrons à plat dans un fan d'hélices à l'aide d'un film très mince avec un motif de 5 microns de diamètre de fentes échelle nanométrique. Le modèle affecte la forme des fronts d'onde d'électrons passant à travers elle, amplifiant certaines des pics d'onde et en éliminant certaines des vallées d'onde, de créer une forme de spirale semblable à un fabricant de pâtes rotini extrusion. Cette méthode produit des faisceaux d'électrons de plusieurs Fanning dans des directions différentes, avec chaque faisceau d'électrons qui fait orbite autour de la direction du faisceau.

Les chercheurs savaient qu'ils ont réussi parce que quand ils ont détecté des électrons - qui ont été enregistrées comme des millions de particules individuelles construire une image - ils avaient formé beigne-like ou motifs en spirale, ce qui indique une forme hélicoïdale.

Microscopie électronique à transmission crée des images par le tir des trillions d'électrons à travers un objet et la mesure de leur absorption, la déviation et la perte d'énergie. TEMs équipée des faisceaux d'électrons vrille pourrait aussi contrôler la manière dont les particules exercer un couple sur un matériau et la manière dont un matériau affecte la forme d'une spirale d'électrons transmis, en aidant les scientifiques construire une image plus complète de la structure du matériau.

Par exemple, ces faisceaux d'électrons spéciaux ont le potentiel pour aider à obtenir plus d'informations à partir de matériaux magnétiques.

"Le magnétisme, à son plus fondamental, les résultats de frais de filature et en orbite", a déclaré McMorran. »Alors un faisceau d'électrons qui se réalise le moment angulaire fait un bon outil pour sonder les matériaux magnétiques."

Un faisceau d'électrons en forme de tire-bouchon, en interagissant avec un spécimen, peut exercer un couple sur le matériel, en échangeant avec ses moments cinétiques des atomes. De cette façon, les électrons vrille pourrait obtenir de plus amples informations dans le processus que les poutres avec des électrons ordinaires, qui ne portent pas ce moment cinétique orbital.

Cette technique pourrait également aider à améliorer les images TEM des objets transparents comme des spécimens biologiques. La matière biologique peut être difficile à l'image de TEMs ordinaire parce que les électrons passent à travers elle, sans dévier. Mais en utilisant des faisceaux d'électrons tire-bouchon, les chercheurs espèrent apporter à contraste élevé, des images haute résolution d'échantillons biologiques en regardant comment les fronts d'onde en spirale se déforment quand ils passent à travers ces objets transparents.

Bien que ces applications d'imagerie n'ont pas encore été démontrée, produisant des électrons tire-bouchon avec nanogratings dans un TEM fournit une étape importante vers l'expansion des capacités des microscopes existants.

Source: http://www.nist.gov/

Last Update: 4. October 2011 05:17

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