Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Трансмиссиялық электронды аберрация түзетілген микроскоп (TEAM) – АҚШ-тың төрт зертханасы мен екі компания арасындағы бірлескен ғылыми-зерттеу жобасы. Жобаның басты мақсаты – 0,05 нанометрден кем кеңістіктік ажыратымдылығы бар, сутек атомының шамамен жартысына жуық мөлшердегі, трансмиссиялық электронды микроскопты (TEM) жасау және пайдалану.
Transmission Electron Aberration Corrected Microscope (TEAM) is a collaborative research project between four US laboratories and two companies. The project's main activity is design and application of a transmission electron microscope (TEM) with a spatial resolution below 0.05 nanometers, which is roughly half the size of an atom of hydrogen.
Ғылыми негіздер
Көптен бері оптикалық микроскоптың ең жоғары кеңістіктік ажыратымдылығы, яғни оның байқай алатын ең кішкентай нысан, жарықтың λ толқын ұзындығымен шамамен тең екені белгілі, ол жасыл жарық үшін 550 нм шамасында болады. Бұл ажыратымдылықты жақсартудың бір жолы – λ-і кішірек бөлшектерді пайдалану, мысалы, жоғары энергиялы электрондар. Практикалық шектеулер электрон энергиясын 100–300 кэВ аралығында орнатуға мүмкіндік береді, бұл λ = 3,7–2,0 пм-ге сәйкес келеді. Электрондық микроскоптардың ажыратымдылығы электрон толқын ұзындығымен емес, электронды линзалардың ішкі кемшіліктерімен шектеледі. Бұл кемшіліктер оптикалық линзалардағы аберрацияларға ұқсас болғандықтан сфералық және хроматикалық аберрациялар деп аталады. Бұл аберрацияларды азайту үшін микроскопқа арнайы жасалған қосымша "линзалар" жиынтығы орнатылады, олар аберрация түзетушілер деп аталады.
It has long been known that the best achievable spatial resolution of an optical microscope, that is the smallest feature it can observe, is of the order of the wavelength of the light λ, which is about 550 nm for green light. One route to improve this resolution is to use particles with smaller λ, such as high energy electrons. Practical limitations set a convenient electron energy to 100–300 keV that corresponds to λ = 3.7–2.0 pm. The resolution of electron microscopes is limited not by the electron wavelength, but by intrinsic imperfections of electron lenses. These are referred to as spherical and chromatic aberrations because of their similarity to aberrations in optical lenses. Those aberrations are reduced by installing in a microscope a set of specially designed auxiliary "lenses" which are called aberration correctors.
Жабдық
TEAM коммерциялық FEI Titan 80–300 электронды микроскопына негізделген, оны 80 мен 300 кВ аралығындағы кернеуде, TEM және сканерлік трансмиссиялық электронды микроскопия (STEM) режимдерінде жұмыс істеуге болады. Механикалық дірілдерді азайту үшін микроскоп дыбыс өткізбейтін жабықта бөлек бөлмеде орналасқан және қашықтан басқарылады. Электрон көзі – Шотки типті өрістік эмиссиялық қару, 300 кВ кезінде энергияның салыстырмалы түрде төмен таралуы 0,8 эВ құрайды. Хроматикалық аберрацияларды азайту мақсатында, бұл таралу Виен сүзгісі типті монохроматорды қолдану арқылы 300 кВ кезінде 0,13 эВ-қа және 80 кВ кезінде 0,08 эВ-қа дейін төмендетіледі.
The TEAM is based on a commercial FEI Titan 80–300 electron microscope, which can be operated at voltages between 80 and 300 keV, both in TEM and scanning transmission electron microscopy (STEM) modes. To minimize the mechanical vibrations, the microscope is located in a separate room within a sound proof enclosure and is operated remotely. The electron source is a Schottky type field emission gun with a relatively low energy spread of 0.8 eV at 300 keV. In order to reduce chromatic aberrations, this spread is further lowered to 0.13 eV at 300 keV and 0.08 eV at 80 kV using a Wien filter type monochromator.
Қолданбалар
TEAM әртүрлі кристалдық қатты денелерде сынақтан өтті, GaN ([211] бағыты), германий ([114]), алтын ([111]) және басқаларында жеке атомдарды ажыратып, 0,05 нм-ден төмен кеңістіктік ажыратымдылыққа қол жеткізді (шамамен 0,045 нм). Графеннің суреттерінде – графиттің бір қабатында – атомдар ғана емес, сонымен қатар химиялық байланыстар да байқалады. Графен қабатында тесік жасалған жердегі жеке көміртек атомдарының қозғалысын көрсететін фильм микроскоптың ішінде жазылды. Көміртек атомдары мен олардың арасындағы байланыстарды ажыратып, ұқсас суреттер пентацен үшін де алынды – бес көміртек сақинасынан тұратын жазық органикалық молекула – бірақ мүлдем басқа микроскопиялық әдіс, атомдық күш микроскопиясы (AFM) қолданылды. AFM-де атомдарды электронмен емес, өткір дірілдейтін ұшпен зерттейді.
The TEAM has been tested on various crystalline solids, resolving individual atoms in GaN ([211] orientation), germanium ([114]), gold ([111]) and others, and reaching the spatial resolution below 0.05 nm (about 0.045 nm). In the images of graphene—a single sheet of graphite—not only the atoms, but also the chemical bonds could be observed. A movie has been recorded inside the microscope showing hopping of individual carbon atoms around a hole punched in a graphene sheet. Similar pictures, resolving carbon atoms and bonds between them, have been independently produced for pentacene—a planar organic molecule consisting of five carbon rings—using a very different microscopy technique, atomic force microscopy (AFM). In AFM, the atoms are probed not by electrons, but by a sharp vibrating tip.