Вперед в Pico Cosmos
Микро было вчера, а нано сегодня и завтра? - Если прогресс техники и науки будет продолжаться так же быстро, как и в последние десятилетия, то вскоре должна быть достигнута следующая станция - пикометрический диапазон. Пикометр - это одна миллионная миллионной метра. Новый метод, основанный на признанной электронной микроскопии, искусно использующий волновую природу электронов, позволяет заглянуть в этот чужой мир. По сравнению с другими методами микроскопического исследования в науке, электронный микроскоп в основном устарел. Эрнст Руска, получивший за это Нобелевскую премию в 1986 году, и Макс Нолл разработали устройство еще в 1930-х годах. Пространственное разрешение микроскопа существенно ограничено длиной волны используемого излучения. Идея электронного микроскопа состоит в том, чтобы вместо света использовать излучение частиц, то есть электромагнитные волны, для увеличения структуры образца и, таким образом, улучшения разрешения.
Электронный микроскоп особенно подходит для наблюдений в нанометровом диапазоне. Современные устройства, безусловно, обеспечивают атомарное разрешение и поэтому являются незаменимым методом исследования в физике и биологии. Исследователи из Брукхейвенской национальной лаборатории в следующем выпуске Physical Review Letters сообщают о методе, который они могут использовать для визуализации дефектов материалов в пикометрическом масштабе. Благодаря этому ученые установили новый рекорд по разрешению и точности.
Физик Йимей Чжу и его коллеги назвали свой новый метод интерферометрией в когерентной дифракции электронов. Ядром нового прибора является просвечивающий электронный микроскоп, т. е. микроскоп, работающий в так называемом просвечивающем режиме. Что действительно нового в приборе, так это умное использование волновых свойств электронов. Когерентные электроны попадают в разные части образца, вызывая характерную интерференционную картину. Это выглядит немного по-разному в зависимости от неисправности.
В принципе он ведет себя как озеро, в которое бросают гальку. От места погружения распространяются концентрические волны. Если фронты волн смешиваются, то из наложения образуется новая картина - интерференционная картина. Например, если по озеру плавает пара уток, можно догадаться, что получившаяся волновая картина показывает отклонения от нетронутой поверхности озера. Утки примера теперь являются дефектами материала. В принципе, камни представляют собой электроны. Картина поверхности озера соответствует интерференционной картине образца. Это, в свою очередь, может быть зафиксировано детектором и дает ученым информацию о существующих дефектах в материале.
Чжу объясняет: «Дефекты - это крошечные отклонения от обычного положения атомов в веществе, которые часто отвечают за свойства вещества. Например, в сверхпроводниках определенный дефект позволяет передавать более высокий ток без электрического сопротивления. Или улучшить некоторые дефекты электронных, магнитных и оптических свойств полупроводников, используемых в компьютерах или цифровых устройствах. Новая методика позволяет исследователям выявлять дефекты с беспрецедентной точностью. Это очень важно для разработки новых усовершенствованных материалов."
Просвечивающий электронный микроскоп был изготовлен компанией JEOL в Токио в соответствии со спецификациями ученых из Брукхейвена. С его помощью можно увеличить выборку до 50 миллионов раз - это означает, что атом размером примерно с шарик для пинг-понга. Микроскоп одинаково хорошо подходит для использования в физике твердого тела, химии, биологии и материаловедении.
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.