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Posted in | Microscopy | Nanoanalysis

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Técnica inovadora para expandir as capacidades de microscópios convencionais

Published on January 14, 2011 at 3:38 AM

Microscópios eletrônicos estão entre as ferramentas mais utilizadas científicos e médicos para estudar e compreender uma ampla gama de materiais, a partir de tecido biológico para dispositivos magnéticos em miniatura, em níveis de detalhe minúsculo.

Agora, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) ter encontrado uma nova e potencialmente método amplamente aplicáveis ​​para expandir as capacidades de microscópios de elétrons transmissão convencional (ETM). Passagem de elétrons através de uma grade de escala nanométrica, os cientistas transmitida a ondas de elétrons resultante com tanto ímpeto orbital que manteve uma forma em espiral no espaço livre.

Os investigadores do NIST torcida frentes de onda de elétrons flat em um ventilador de hélices usando um filme muito fino com um padrão de 5 mícrons de diâmetro de fendas em nanoescala, que combina as frentes de onda para criar formas espiral semelhante a um fabricante de massas extrusão rotini.

O desenvolvimento abre a possibilidade de adaptação de microscopia eletrônica de transmissão, que pode ver os detalhes mais finos que a microscopia óptica e pode estudar uma ampla gama de materiais de microscopia eletrônica de varredura de sonda, para geração de imagens rápida e barata de um conjunto maior de materiais magnéticos e biológicos com escala atômica resolução.

"A forma espiral e momento angular desses elétrons vai deixar-nos olhar para uma maior variedade de materiais de maneiras que antes eram inacessíveis aos usuários TEM", disse Ben McMorran, um dos autores do trabalho de pesquisa futura. "Equipando um TEM com um nanograting como usamos em nosso experimento poderia ser uma forma de baixo custo para expandir dramaticamente as capacidades do microscópio."

Embora os pesquisadores do NIST não foram os primeiros a manipular um feixe de elétrons, desta forma, o dispositivo era muito menor, separou os espalharam vigas 10 vezes mais amplamente do que experiências anteriores, e girado até que os elétrons com 100 vezes o ímpeto orbital. Este aumento na dinâmica orbital lhes permitiu determinar que o saca-rolhas de elétrons, enquanto notavelmente estável, gradualmente se espalha ao longo do tempo. O trabalho do grupo será relatado no 14 de janeiro de 2011, assuntos da revista Science.

Elétrons em feixes de elétrons se comportam como ondas, que se movem através do espaço como uma onda de luz, McMorran disse. Ao contrário de frentes de onda de luz, que são centenas de nanômetros de distância (uma distância chamada de comprimento de onda), os comprimentos de onda de elétrons são medidos em picometros (bilionésimos de metro), que os tornam excelentes para objetos de imagem minúscula, como átomos por causa de suas dimensões comparáveis . Em um feixe de elétrons comuns, frentes de onda de elétrons são relativamente plana e uniforme.

Para girar os elétrons e dar-lhes impulso orbital, os investigadores do NIST torcida frentes de onda de elétrons flat em um ventilador de hélices usando um filme muito fino com um padrão de 5 mícrons de diâmetro de fendas em nanoescala. O padrão afeta a forma das frentes de onda de elétrons que passa por ele, ampliando alguns dos picos de onda e eliminar alguns dos vales das ondas, para criar uma forma espiral semelhante a um fabricante de massas extrusão rotini. Este método produz vários feixes de elétrons espalhando em direções diferentes, com cada feixes, feitas de elétrons que orbitam em torno da direcção do feixe.

Os pesquisadores sabiam que eram bem sucedidos porque, quando detectou-se a elétrons - que foram registrados como milhões de partículas individuais construção de uma imagem - que havia se formado donut-like ou padrões em espiral, indicando uma forma helicoidal.

Microscopia eletrônica de transmissão cria imagens, atirando trilhões de elétrons através de um objeto e medir sua absorção deflexão, ea perda de energia. TEMs equipado com feixes de elétrons saca-rolhas também pode controlar a forma como as partículas exercem torque em um material e como um material afeta a forma espiral de elétrons transmitidos, ajudando os cientistas a construir uma imagem mais completa da estrutura do material.

Por exemplo, esses feixes de elétrons especiais têm o potencial para ajudar a obter mais informações a partir de materiais magnéticos.

"O magnetismo, em sua essência, os resultados das taxas de fiação e orbitam", disse McMorran. "Então um feixe de elétrons que se carrega um momento angular torna uma boa ferramenta para sondar materiais magnéticos."

Um feixe de elétrons em forma de saca-rolhas, ao interagir com uma amostra, pode exercer torque do material, através da troca de momento angular, com seus átomos. Desta forma, os elétrons corkscrew poderia obter mais informações no processo de feixes de elétrons comuns, que não carregam esse momento angular orbital.

Esta técnica pode também ajudar a melhorar a imagem TEM de objetos transparentes como espécimes biológicos. Material biológico pode ser difícil de imagem em TEMs comum, porque os elétrons passam através dele, sem desviar. Mas usando feixes de elétrons saca-rolhas, os pesquisadores esperam para fornecer alto contraste, imagens de alta resolução de amostras biológicas olhando como frentes de onda espiral ficam distorcidas à medida que passam através de tais objetos transparentes.

Embora essas aplicações de imagens ainda não foram demonstrados, produzindo elétrons com saca-rolhas nanogratings em um TEM fornece um passo significativo para expandir as capacidades de microscópios existentes.

Fonte: http://www.nist.gov/

Last Update: 7. October 2011 23:08

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