Vallankumouksellinen mikroskopia: Uusi menetelmä löytää piilotettuja rakenteita!

Vallankumouksellinen mikroskopia: Uusi menetelmä löytää piilotettuja rakenteita!

Tutkimusryhmä Münsterin yliopisto on kehittänyt innovatiivisia lääketieteellisiä menetelmiä materiaalien tutkimiseen. Professori tohtori Anika Schlenhoff ja tohtori Maciej Bazarnik testasivat parannettua mittausmenetelmää pyyhkäisytunnelimikroskopiassa (RTM). Painopiste on ultraohuiden kalvojen rakenteellisessa ja magneettisessa analyysissä, erityisesti grafeenikerroksen alla piilossa olevan magneettisen rautakerroksen.

Perinteinen pyyhkäisytunnelimikroskopia rajoittuu yleensä näytteen ylimpään atomikerrokseen ja käyttää näytteen pinnalla sijaitsevia elektronisia tiloja. Uusi menettely kuitenkin poistaa tämän rajoituksen. Sen avulla tutkijat voivat tarkastella pinnan edessä ja itse näytteessä olevia olosuhteita. Tämä avaa uusia mahdollisuuksia sähköisen varauksensiirron tutkimiseen piilorajapinnoilla.

Tekninen innovaatio pyyhkäisytunnelimikroskopian avulla

Pyyhkäisytunnelointimikroskoopissa on hieno kärki, joka siirretään näytteen yli. Kun jännitettä syötetään, kärjen ja sähköä johtavan näytteen välille muodostuu mitattavissa oleva tunnelointivirta. Tämä innovatiivinen tekniikka, joka perustuu kvanttimekaaniseen tunnelointiefektiin, mahdollistaa kuvien luomisen pinnoilta, joilla on sama elektronitilatiheys. Tutkijat raportoivat, että pinnan edessä olevat tilat tunkeutuvat näytteeseen ja saavat magneettisia ominaisuuksia vuorovaikutuksessa rautakerroksen kanssa.

Uuden menetelmän spatiaalinen resoluutio mahdollistaa yläkerroksen ja alla olevien rajakerrosten yksityiskohtaisen analyysin. Erityisen huomionarvoista on, että se paljastaa erot grafeenin hiiliatomien pystysuorassa pinoamissekvenssissä rautaatomeihin verrattuna. Näitä erityisiä eroja ei olisi voitu purkaa tavanomaisella pyyhkäisytunnelimikroskoopilla, kuten tutkimukset osoittavat.

Pyyhkäisytunnelointimikroskoopilla analysoidaan paikallista elektronirakennetta, vaan suoritetaan myös pyyhkäisytunnelointispektroskopiaa, joka analysoi pintatilojen energeettisiä asentoja. Wikipedia kuvaa, että tunnelointivirrat ovat tyypillisesti välillä 1 pA - 10 nA ja riippuvat useista parametreista, kuten elektronien työtoiminnasta. Lisäksi tarvitaan tekniikoita, kuten lämpö-, akustinen ja mekaaninen eristys, stabiloimaan kärjen ja näytteiden välinen etäisyys.

Tutkimuksen tärkeys

Tällä tutkimuksella, joka julkaistiin ACS Nano -lehdessä, voi olla kauaskantoisia vaikutuksia materiaalitieteeseen ja nanoteknologiaan. Tämän tekniikan pioneerit Armin B. ja Heinrich Rohrer ovat saaneet tunnustusta työstään skannaustunnelimikroskopian parissa vuodesta 1986 lähtien saatuaan fysiikan Nobelin palkinnon. Heidän alkuperäinen skannaustunnelimikroskooppikehityksensä tasoitti tietä lukuisille innovatiivisille sovelluksille.

Pyyhkäisytunnelimikroskopia on vakiinnuttanut asemansa korvaamattomana työkaluna pintafysiikassa ja -kemiassa. Hän tarjoaa syvällisiä näkemyksiä atomiprosesseista ja on auttanut havainnollistamaan kvanttimekaniikkaa, mukaan lukien kvanttimekaniisien luominen ja mittaus 1990-luvulla. Nämä viimeisimmät Münsterin yliopiston kehityssuunnat voisivat edelleen työntää nanoteknologian rajoja ja avata uusia tutkimuslähestymistapoja, jotka ylittävät nykyiset analyyttiset menetelmät.