Надо ли повышать точность электронного микроскопа, когда у нас есть STEM?

В работе, опубликованной недавно в журнале Physical Review Letters, группа ученых из Австралии предложила способ корректировки аберраций электронного пучка в электронном микроскопе. Разработанная установка позволит в реальном времени наблюдать процессы в кристаллах, информацию о которых раньше можно было получить только при помощи симуляций.

Элементом, значительно упростившим отображение объектов атомарного масштаба, в свое время стало представление компонент, которые позволяют компенсировать геометрические аберрации, возникающие в линзах для электронных пучков. Благодаря им, теперь просвечивающие электронные микроскопы (Transmission electron microscopy, TEM) и сканирующие просвечивающие электронные микроскопы (STEM) могут фокусировать электронный луч в пятно, по размеру значительно меньше расстояния между атомами в твердом теле. Обе техники дают возможность получить изображения, свободные от артефактов и превосходно отражающие атомарную структуру исследуемого образца. Эти инструменты кажутся идеальными для изучения конфигурации локальных дефектов, структуры поверхности и даже объединений атомов в крошечных наночастицах.


Схематическое изображение разработанной австралийскими учеными модификации электронного микроскопа.

Но получаемые таким образом микрограммы – это не исследование рассеяние как такового, а получение «интегральной» информации об исследуемых веществах. А вот если бы можно было наблюдать само рассеяние, оно дало бы, возможно, информацию о взаимодействиях электронов и физических механизмах, лежащих в основе полученных ранее изображений. Для этого исследователи из Monash University (Австралия) начали эксперименты по усовершенствованию менее точной техники исследований (по сравнению с просвечивающим электронным микроскопом) – «классического» электронного микроскопа. Согласно их работе, электронный микроскоп, оборудованный двумя корректорами аберраций, может быть настроен для получения изображений с атомарным разрешением в режиме реального времени.

В отличие от TEM и STEM, электронный микроскоп формирует изображение за счет дифракции электронного луча на объекте. Дифракционные процессы широко используются для исследований в самых разнообразных областях практической физики, материаловедении и биологии. Получаемое изображение отражает характер периодичности в исследуемом образце (грубо говоря, фурье-преобразование от функции «пропускания» образца). Таким образом, картинка содержит всю информацию об атомарной структуре материала, а также данные об искажениях, локальных явлениях и феноменах дальнего порядка (а иногда даже о форме отдельных частиц).

До сих пор дифракционная картина являлась лишь непрямым доказательством того, что кристалл обеспечивает когерентное рассеяние лучей. Однако, что происходит внутри кристалла, показывает распределение интенсивностей в дифракционной картине, которую при доступной раньше разрешающей способности электронного микроскопа было невозможно получить. В общем случае информация о том, как путешествует по кристаллу электронная волна (и с чем она внутри взаимодействует) была недоступна. Для получения этой информации австралийские ученые создали специальный электронный микроскоп с двумя линзами (идея в целом близкая к конфокальному сканирующему TEM).

Представленная в работе ученых установка позволяет в режиме реального времени показать характер взаимодействия электронного луча с атомами. Эта информация раньше могла быть получена только при помощи вычислительных экспериментов.

Источник

«Закон не гарантирует обеда, хотя гарантирует обеденный перерыв»

Веслав Брудзиньский

Научный подход на Google Play

Файлы

Рассвет Сингулярности

Революционное богатство

Смерть в черной дыре и другие космические неприятности

Мастера иллюзий. Как идеи превращают нас в рабов