Построен электронный микроскоп нового типа

Специалисты корпорации Hitachi High Technologies и Национальной лаборатории Брукхэвен (Brookhaven National Laboratory – BNL) разработали новый сканирующий микроскоп, который позволяет снимать атомы одновременно на поверхности и в объёме образца.

Основные разработчики нового устройства: Уолл (слева) и Чжу (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).
Основные разработчики нового устройства: Уолл (слева) и Чжу (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).

"Наши знания о влиянии индивидуальных атомов на свойства нанообъектов и процессы, происходящие в устройствах преобразования энергии, очень сильно ограничиваются возможностями наблюдения за ними", — говорит один из ведущих исследователей Имэй Чжу (Yimei Zhu) в пресс-релизе BNL. Как известно, для понимания многих реакций недостаточно "видеть" только объём материала. Его поверхность, где собственно и происходит взаимодействие, важна не меньше.

Именно этого объединения и добились разработчики новой машины, которая расположилась на территории Центра функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials).

Как и все сканирующие электронные микроскопы, новый инструмент освещает образец пучком электронов, сфокусированным на небольшой точке, затем детекторы ловят испущенные материалом вторичные электроны. Полученные данные позволяют определить структуру поверхности и топографию образца.

Но теперь исследователи разместили детекторы как перед образцом, так и за ним. Второй набор регистрирует электроны, прошедшие через толщу изучаемого материала, благодаря чему появляется возможность построить внутреннюю структуру (получается как бы помесь сканирующего и просвечивающего электронных микроскопов).

Учёные применили в новинке ряд усовершенствований. В частности, оригинальную систему коррекции сферической аберрации. Дополнения привели к увеличению разрешающей способности исходного прибора в четыре раза (до одной десятой нанометра), то есть теперь у машины появилась возможность делать изображения, на которых можно различить отдельные атомы.

"Эффект похож на тот, что получается при использовании большей линзы в фотоаппарате: данных собирается больше и они при этом фокусируются на меньшей площади", — поясняет биофизик Джозеф Уолл (Joseph Wall), один из авторов разработки, описывающих её в статье в журнале Nature Materials.

Для демонстрации возможностей нового прибора учёные провели съёмку отдельных атомов урана (обведены кружками) на поверхности тонкой подложки из углерода. Вверху: изображение, полученное в прошедших через образец электронах. Внизу: изображение поверхности образца. По центру: объединённая картина (объём – красным, поверхность – зелёным). Атомы, которые не видны на нижнем снимке, находятся на нижней стороне углеродной подложки (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).
Для демонстрации возможностей нового прибора учёные провели съёмку отдельных атомов урана (обведены кружками) на поверхности тонкой подложки из углерода. Вверху: изображение, полученное в прошедших через образец электронах. Внизу: изображение поверхности образца. По центру: объединённая картина (объём – красным, поверхность – зелёным). Атомы, которые не видны на нижнем снимке, находятся на нижней стороне углеродной подложки (фото Department of Energy Brookhaven National Laboratory).

"Информация, полученная с помощью нового устройства, позволит больше узнать о расположении атомов и активных центров, разглядеть небольшие вариации состава и положение дефектов кристаллической структуры образца. Все эти показатели значительно влияют на свойства материалов и их реакции друг с другом", — добавляет Чжу.

Действительно, такая двойная съёмка помогает учёным лучше понять полную картину происходящего, например, как взаимодействуют атомы поверхности и объёма во время каталитической реакции.

Для нормальной работы столь чувствительного прибора, конечно же, понадобились особые условия. Чтобы изолировать новый микроскоп от вибраций, перепадов температуры и даже слабых электромагнитных полей, его поместили в особую комнату.

В ней все 24 часа температура регулируется вплоть до сотых долей градуса Цельсия, амортизирующие пластины защищают прибор от проезжающих вдали грузовиков и хлопающих дверей, обычная система вентиляции заменена на охлаждающие воздух панели. "Всё здание является своего рода технологическим шедевром. Микроскоп просто не смог бы работать в других условиях", — поясняет Чжу.


Коды для вставки в блог\форум




Интересные новости
Почему мышцы вырождаются без нагрузки: новое исследованиеПочему мышцы вырождаются без нагрузки: новое исследование
Американская летающая артиллерийская батарея получит еще и лазерАмериканская летающая артиллерийская батарея получит еще и лазер
Учёные отозвали статью об успешном лечении COVID-19 гидроксихлорохиномУчёные отозвали статью об успешном лечении COVID-19 гидроксихлорохином
SpaceX отменила отправку астронавтов на Международную космическую станцию из-за плохой погодыSpaceX отменила отправку астронавтов на Международную космическую станцию из-за плохой погоды
Астрономы засекли загадочные радиосигналы, испускаемые черной дыройАстрономы засекли загадочные радиосигналы, испускаемые черной дырой
Блок рекламы


Похожие новости

Дизайнер стримит в Twitch эпизоды из жизни микроскопических тихоходокДизайнер стримит в Twitch эпизоды из жизни микроскопических тихоходок
«Живые» фотографии DJI Mavic Air 2 раскрывают спорный дизайн нового дрона«Живые» фотографии DJI Mavic Air 2 раскрывают спорный дизайн нового дрона
С помощью нового вентиля японцы обещают в 12 раз повысить плотность матриц ПЛИСС помощью нового вентиля японцы обещают в 12 раз повысить плотность матриц ПЛИС
Ученые из Шанхая выделили штамм коронавируса нового типаУченые из Шанхая выделили штамм коронавируса нового типа
Клинические испытания вакцин против нового коронавируса могут провести летомКлинические испытания вакцин против нового коронавируса могут провести летом
NASA предложило выбрать название нового марсохода из девяти вариантовNASA предложило выбрать название нового марсохода из девяти вариантов
Китай завершит в 2020 году построение спутниковой навигационной системы BeidouКитай завершит в 2020 году построение спутниковой навигационной системы Beidou
Видео дня: взрыв прототипа SpaceX Starship в ходе тестированияВидео дня: взрыв прототипа SpaceX Starship в ходе тестирования
Потрясающие снимки атомов, сделанные 4D-микроскопом: взгляд изнутриПотрясающие снимки атомов, сделанные 4D-микроскопом: взгляд изнутри
ВОЗ объявила о ликвидации вируса полиомиелита третьего типаВОЗ объявила о ликвидации вируса полиомиелита третьего типа
Последние новости

Подгружаем последние новости