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Nuevo microscopio electrónico de generación toma imágenes de color con cada producto químico muestra en un color diferente

Published on February 22, 2008 at 11:20 AM

Un nuevo microscopio electrónico instalado recientemente en Cornell 's Duffield Hall está permitiendo a los científicos por primera vez para formar las imágenes que identifican a los átomos individuales en un cristal y ver cómo los átomos de unión entre sí. Y a todo color.

"La actual generación de microscopios electrónicos se puede considerar como caro cámaras en blanco y negro, donde los diferentes átomos aparecen como diferentes tonos de gris", explicó David Muller, profesor asociado de Cornell de la física aplicada y la ingeniería. "Este microscopio toma fotografías en color - en la que cada átomo de color representa una especie química identifican de forma única."

El instrumento es un nuevo tipo de microscopio electrónico de transmisión (STEM), construido por la Compañía NIÓN de Kirkland, Washington, en virtud de una concesión de instrumentos de desarrollo de Cornell de la National Science Foundation (NSF). John Silcox, el David E. Burr, profesor de Ingeniería en la Universidad de Cornell, y Ondrej Krivanek de NIÓN son co-investigadores principales del proyecto.

El microscopio incorpora la nueva tecnología de corrección de la aberración diseñado por Krivanek que se enfoca un haz de electrones en un punto más pequeño que un átomo - más fuerte y con mayor intensidad que antes. Esto permite que la información que antes estaban ocultos en el fondo, o "ruido", a la vista. También proporciona un aumento de hasta cien veces en la velocidad de imagen.

Las capacidades del nuevo instrumento en el análisis de una muestra de prueba se describen en un artículo publicado en la edición 22 de febrero de la revista Science por Muller, Silcox, Krivanek y sus colegas de Cornell y en Corea y Japón.

Que permite a los científicos observar el interior de un material o dispositivo y ver cómo se pone junto a la escala atómica, donde los efectos cuánticos dominen y no la intuición cotidiana. Una de las aplicaciones más importantes del nuevo instrumento será llevar a cabo lo que Silcox llama "materiales patología" para los investigadores de ayuda en su desarrollo de nuevos materiales para uso en circuitos electrónicos, memorias de ordenador y otros dispositivos a nanoescala. "Podemos ver las estructuras de la gente ha construido y decirles que si han construido lo que ellos pensaban que hicieron", explicó Silcox.

Un tallo dispara un haz de electrones a través de una muestra de película delgada y explora el haz a través de la muestra en los pasos subatómicas. Además de formar una imagen, el nuevo microscopio puede identificar los átomos a su paso por un proceso llamado de energía de electrones, pérdida de espectrometría. Los átomos en el camino del haz de absorber la energía de algunos de sus electrones para poner sus propios electrones a órbitas más altas. La cantidad de energía que esta toma es diferente para cada tipo de átomo.

El detector que recoge los electrones que salen de la muestra de las medidas de las pérdidas de energía, y de esto los átomos en el camino del haz puede ser identificado. El detector de forma simultánea puede producir múltiples imágenes - una para cada especie de átomo en la muestra, y estos pueden ser codificados por colores, cada color representa una firma de energía de electrones diferente.

El método también puede mostrar cómo los átomos se unen entre sí en un cristal, ya que la unión crea pequeños cambios en las firmas de energía. En los primeros tallos, muchos electrones del haz, incluyendo aquellos con energías cambiado, estaban esparcidos en los ángulos de ancho por colisiones con átomos simples. El nuevo vástago incluye lentes magnéticas que se acumulan electrones emergentes en un ángulo más amplio. Anteriormente, Silcox, dijo, alrededor del 8 por ciento de los electrones emergentes han sido recogidos, pero el nuevo detector recoge el 80 por ciento, lo que permite lecturas más precisas de los pequeños cambios en los niveles de energía que revelan la vinculación entre los átomos.

Colección más completa y más brillante y un haz más centrado también permiten que el nuevo microscopio de escaneo mucho más rápido. En las primeras pruebas que recogió una imagen de 4096 píxeles en unos 30 segundos, 50 a 100 veces más rápido que en los tallos convencionales.

Para demostrar la capacidad del nuevo instrumento, Muller examinó una muestra que consta de capas de dos materiales diferentes: lantano, estroncio y el estroncio óxido de manganeso titanato. Esto se hizo como parte de un proyecto de investigación en la que está colaborando con científicos en Corea y Japón. "Es una estructura artificial que tienen interesantes propiedades magnéticas y eléctricas", dijo, "pero para que funcione correctamente tenemos que hacer que las interfaces atómica fuerte entre las capas. Es muy importante saber si algunos átomos se filtró a través de la interfaz. "

En la imagen en color del tallo nuevo, donde el manganeso aparece en rojo y titanio, azul, muestra una línea de color púrpura de mezcla en el borde entre las dos capas. "Hemos aprendido que hay espacio para mejorar", dice Muller, y agregó que "Este no fue nuestro mejor ejemplo, pero si hubiéramos puesto que uno de cada habría sido una imagen bastante aburrido."

El nuevo instrumento llegó a Cornell en octubre, y está aún en fase de calibración y ensayo.

Los problemas que limitan imagen electrónica se identificaron ya en 1935, Silcox, dijo, e ideas para superarlos se esbozaron en 1947. Pero no fue hasta hace muy poco que los obstáculos de ingeniería para su puesta en práctica se superaron. En gran medida, dijo, esto es debido a que el problema requiere de computación avanzada, incluyendo computadoras para el diseño del instrumento, maquinaria controlada por ordenador para la fabricación de piezas con tolerancias muy bien, y las computadoras para controlar el propio instrumento.

Last Update: 5. October 2011 07:51

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