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従来の顕微鏡の機能を拡張する新たな手法

Published on January 14, 2011 at 3:38 AM

電子顕微鏡は、細部の小さなレベルで、生体組織から小型磁気デバイスに、材料の広い範囲を勉強し、理解するための最も広く使用されている科学的および医学的なツールの一つです。

今、国立標準技術研究所(NIST)の研究者は、新規および従来の透過型電子顕微鏡(TEMは)の機能を拡張するために潜在的に広く適用できる方法を見出した。ナノメートルスケールの格子を介して電子を渡すこと、科学者たちは自由空間でのらせん形状を維持しているほど軌道角運動量と、その結果、電子波を付与。

NISTの研究者はrotiniを押し出すパスタメーカーと同様のスパイラルフォームを作成する波面を組み合わせたナノスリットの5ミクロンの直径のパターン、と非常に薄いフィルムを使用してヘリックスのファンにフラット電子の波面をツイスト。

開発は、原子スケールでの磁気と生体物質の大規模なセットの迅速かつ安価なイメージングのために、光学顕微鏡よりも誇らしげ詳細を見ることができるし、走査型プローブ顕微鏡に比べ材料の広い範囲を学ぶことができる透過型電子顕微鏡を適応の可能性を開き、解像度。

"スパイラル形状やこれらの電子の角運動量は、私たちはTEMのユーザーに以前にアクセス不能だった方法で素材のバラエティーを見てできるようになる、"ベンMcMorran、今後の研究論文の著者の1人だ。 "我々の実験で使用されているようにnanogratingとTEMを艤装と劇的に顕微鏡の機能を拡張するために低コストの方法かもしれない。"

NISTの研究者が方法の電子のビームを操作する第一されなかったが、それらのデバイスは、10倍以上のwidely previous実験よりもビームをout fanned、100回軌道momentum with電子をスピンアップseparated、much小さかった。軌道角運動量のこの増加は、それらが電子栓抜きは、非常に安定している間、徐々に広がることを決定することができました。グループの作品は2011年1月14日、科学ジャーナルの問題で報告されます。

電子ビームの電子が光の波のような空間内を移動するさざ波のように振る舞う、McMorranは言った。離れて数百ナノメートルである光の波面、(距離は波長と呼ばれる)とは異なり、電子の波長は、そのような理由彼らの同等寸法の原子などの画像の小さなオブジェクトのためにそれらは優秀なようにピコメートル(メートルの兆分の)、で測定される。通常の電子ビームでは、電子波面は比較的平らで均一である。

電子をスピンアップし、それらを軌道角運動量を与えるために、NISTの研究者はナノスケールのスリットの5ミクロン径のパターンと非常に薄いフィルムを使用してヘリックスのファンにフラット電子の波面をツイスト。パターンは、波の山の一部を増幅し、rotiniを押し出しパスタメーカーと同様のスパイラルフォームを作成するには、波の谷のいくつかを排除する、それを通る電子の波面の形状に影響を与えます。このメソッドは、ビームの方向の周りその軌道電子製の各ビームで、異なる方向にファンアウト、いくつかの電子ビームを生成します。

画像を構築する個々の粒子の数百万人として記録された - - 彼らは螺旋形状を示して、ドーナツ状または螺旋状のパターンが形成された研究者は、彼らは電子を検出したときのために成功知っていた。

透過型電子顕微鏡は、オブジェクトを介して電子の兆を撮影し、その吸収、たわみやエネルギー損失を測定することによって画像を作成します。コルク抜きの電子ビームを搭載したTEMはまた、粒子が材料にトルクを発揮し、どのように材料は科学者が材料の構造の全体像を構築を支援、送信された電子の螺旋形状にどのように影響するかを監視することができます。

例えば、これらの特殊な電子ビームは、磁性材料からより多くの情報を得るのに役立つ可能性を秘めている。

"磁性は、スピンと軌道を周回料から、その最も基本的な、結果で、"McMorranは言った。 "だからそれ自体は角運動量を運ぶ電子ビームは、磁性材料をプロービングするための良いツールになります。"

らせん状の形をした電子ビームは、試料と相互作用するとき、その原子と角運動量を交換することによって、材料のトルクを発揮することができる。このように、コルク栓抜きの電子がこの軌道角運動量を運ぶしない通常の電子が、梁よりもプロセスのより多くの情報を得ることができる。

この手法はまた、生物試料のような透明なオブジェクトのTEM画像を向上させることができる。電子が偏向することなくそれを通過するので、生物学的材料は、通常の通信機器メーカーで画像に困難になる可能性があります。しかし、コルク抜きの電子ビームを使用することにより、研究者は彼らがそのような透明なオブジェクトを通過する螺旋波面が歪んでしまう方法を見ることによって、生体試料の高コントラスト、高解像度の画像を提供することを願っています。

これらの画像処理アプリケーションが、まだ実証されていないが、TEMのnanogratingsとコルク栓抜きの電子を生成するのは、既存の顕微鏡の機能拡張に向けた重要な一歩を提供します。

ソース: http://www.nist.gov/

Last Update: 10. October 2011 15:48

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