Επαναστατική μικροσκοπία: Νέα διαδικασία ανακαλύπτει κρυμμένες δομές!

Επαναστατική μικροσκοπία: Νέα διαδικασία ανακαλύπτει κρυμμένες δομές!

Μια ερευνητική ομάδα από Πανεπιστήμιο του Münster έχει αναπτύξει καινοτόμες ιατρικές διαδικασίες για την εξέταση υλικών. Υπό την καθοδήγηση της καθηγήτριας Δρ. Anika Schlenhoff και του Dr. Maciej Bazarnik δοκίμασαν μια βελτιωμένη μέθοδο μέτρησης στη μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας (RTM). Η εστίαση είναι στη δομική και μαγνητική ανάλυση των εξαιρετικά λεπτών μεμβρανών, συγκεκριμένα ενός στρώματος μαγνητικού σιδήρου που κρύβεται κάτω από ένα στρώμα γραφενίου.

Η συμβατική μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας συνήθως περιορίζεται στο ανώτερο ατομικό στρώμα ενός δείγματος και χρησιμοποιεί ηλεκτρονικές καταστάσεις που βρίσκονται στην επιφάνεια του δείγματος. Η νέα διαδικασία, ωστόσο, καταργεί αυτόν τον περιορισμό. Επιτρέπει στους ερευνητές να εξετάσουν τις συνθήκες που υπάρχουν μπροστά από την επιφάνεια και στο ίδιο το δείγμα. Αυτό ανοίγει νέες δυνατότητες για τη μελέτη της ηλεκτρονικής μεταφοράς φόρτισης σε κρυφές διεπαφές.

Τεχνολογική καινοτομία μέσω μικροσκοπίας σάρωσης σήραγγας

Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας περιέχει ένα λεπτό άκρο που μετακινείται πάνω από το δείγμα. Όταν εφαρμόζεται τάση, δημιουργείται ένα μετρήσιμο ρεύμα σήραγγας μεταξύ του άκρου και του ηλεκτρικά αγώγιμου δείγματος. Αυτή η καινοτόμος τεχνική, η οποία βασίζεται στο φαινόμενο της κβαντικής μηχανικής σήραγγας, καθιστά δυνατή τη δημιουργία εικόνων επιφανειών με την ίδια πυκνότητα καταστάσεων ηλεκτρονίων. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι οι καταστάσεις που βρίσκονται μπροστά από την επιφάνεια διεισδύουν στο δείγμα και αποκτούν μαγνητικές ιδιότητες μέσω της αλληλεπίδρασης με το στρώμα σιδήρου.

Η χωρική ανάλυση της νέας μεθόδου επιτρέπει μια λεπτομερή ανάλυση του ανώτερου στρώματος και των υποκείμενων οριακών στρωμάτων. Αυτό που είναι ιδιαίτερα αξιοσημείωτο είναι ότι αποκαλύπτει διαφορές στην κατακόρυφη αλληλουχία στοίβαξης των ατόμων άνθρακα του γραφενίου σε σύγκριση με τα άτομα σιδήρου. Αυτές οι συγκεκριμένες διαφορές δεν θα μπορούσαν να έχουν αποκωδικοποιηθεί χρησιμοποιώντας συμβατική μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας, όπως δείχνουν οι μελέτες.

Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας χρησιμοποιείται όχι μόνο για την ανάλυση της τοπικής ηλεκτρονικής δομής, αλλά και για την εκτέλεση φασματοσκοπίας σάρωσης σήραγγας, η οποία αναλύει τις ενεργειακές θέσεις των επιφανειακών καταστάσεων. Βικιπαίδεια περιγράφει ότι τα ρεύματα σήραγγας είναι συνήθως μεταξύ 1 pA και 10 nA και εξαρτώνται από διάφορες παραμέτρους όπως η συνάρτηση εργασίας των ηλεκτρονίων. Επιπλέον, απαιτούνται τεχνικές όπως η θερμική, η ακουστική και η μηχανική απομόνωση για τη σταθεροποίηση της απόστασης κορυφής-δείγματος.

Η σημασία της έρευνας

Η παρούσα μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό ACS Nano, θα μπορούσε να έχει εκτεταμένες επιπτώσεις στην επιστήμη των υλικών και τη νανοτεχνολογία. Ο Armin B. και ο Heinrich Rohrer, οι πρωτοπόροι αυτής της τεχνολογίας, έχουν λάβει αναγνώριση για το έργο τους στη μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας από το 1986, αφού κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ στη Φυσική. Η αρχική τους ανάπτυξη του μικροσκοπίου σάρωσης σήραγγας άνοιξε το δρόμο για πολλές καινοτόμες εφαρμογές.

Το μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας έχει καθιερωθεί ως απαραίτητο εργαλείο στη φυσική και τη χημεία επιφανειών. Παρέχει βαθιές γνώσεις για τις ατομικές διεργασίες και έχει βοηθήσει στην απεικόνιση της κβαντικής μηχανικής, συμπεριλαμβανομένης της δημιουργίας και της μέτρησης κβαντικών μαντρίδων τη δεκαετία του 1990. Αυτές οι τελευταίες εξελίξεις στο Πανεπιστήμιο του Münster θα μπορούσαν να ωθήσουν περαιτέρω τα όρια αυτού που ήταν προηγουμένως δυνατό στη νανοτεχνολογία και να ανοίξουν νέες ερευνητικές προσεγγίσεις που υπερβαίνουν τις τρέχουσες αναλυτικές μεθόδους.