Revolucionāra mikroskopija: jauna procedūra atklāj slēptās struktūras!

Revolucionāra mikroskopija: jauna procedūra atklāj slēptās struktūras!

Pētnieku grupa no Minsteres Universitāte ir izstrādājusi inovatīvas medicīniskās procedūras materiālu pārbaudei. Profesores Dr. Anikas Šlenhofas un Dr. Maceja Bazarnika vadībā pārbaudīja uzlabotu mērīšanas metodi skenējošā tunelēšanas mikroskopijā (RTM). Galvenā uzmanība tiek pievērsta īpaši plānu plēvju strukturālajai un magnētiskajai analīzei, jo īpaši magnētiskā dzelzs slānim, kas paslēpts zem grafēna slāņa.

Parastā skenējošā tunelēšanas mikroskopija parasti attiecas tikai uz parauga augšējo atomu slāni un izmanto elektroniskos stāvokļus, kas atrodas uz parauga virsmas. Tomēr jaunā kārtība šo ierobežojumu atceļ. Tas ļauj pētniekiem aplūkot apstākļus, kas pastāv virsmas priekšā un pašā paraugā. Tas paver jaunas iespējas pētīt elektronisko lādiņu pārnešanu slēptās saskarnēs.

Tehnoloģiskās inovācijas, izmantojot skenējošo tunelēšanas mikroskopiju

Skenējošais tunelēšanas mikroskops satur smalku galu, kas tiek pārvietots virs parauga. Kad tiek pielietots spriegums, starp galu un elektriski vadošo paraugu tiek izveidota izmērāma tunelēšanas strāva. Šī novatoriskā tehnika, kuras pamatā ir kvantu mehāniskā tunelēšanas efekts, ļauj izveidot virsmu attēlus ar vienādu elektronu stāvokļu blīvumu. Pētnieki ziņo, ka stāvokļi, kas atrodas virsmas priekšā, iekļūst paraugā un iegūst magnētiskas īpašības, mijiedarbojoties ar dzelzs slāni.

Jaunās metodes telpiskā izšķirtspēja ļauj detalizēti analizēt augšējo slāni un pamatā esošos robežslāņus. Īpaši ievērojams ir tas, ka tas atklāj atšķirības grafēna oglekļa atomu vertikālajā sakraušanas secībā salīdzinājumā ar dzelzs atomiem. Kā liecina pētījumi, šīs īpašās atšķirības nevarēja atšifrēt, izmantojot parasto skenēšanas tunelēšanas mikroskopiju.

Skenējošo tunelēšanas mikroskopu izmanto ne tikai lokālās elektroniskās struktūras analīzei, bet arī skenējošo tunelēšanas spektroskopijas veikšanai, kas analizē virsmas stāvokļu enerģētiskās pozīcijas. Wikipedia apraksta, ka tunelēšanas strāvas parasti ir no 1 pA līdz 10 nA un ir atkarīgas no dažādiem parametriem, piemēram, elektronu darba funkcijas. Turklāt, lai stabilizētu gala un parauga attālumu, ir nepieciešamas tādas metodes kā termiskā, akustiskā un mehāniskā izolācija.

Pētījuma nozīme

Šis pētījums, kas publicēts žurnālā ACS Nano, varētu radīt tālejošu ietekmi uz materiālu zinātni un nanotehnoloģiju. Šīs tehnoloģijas aizsācēji Armīns B. un Heinrihs Rorers ir saņēmuši atzinību par darbu pie skenējošās tuneļmikroskopijas kopš 1986. gada pēc Nobela prēmijas fizikā iegūšanas. Viņu sākotnējā skenējošo tunelēšanas mikroskopa izstrāde pavēra ceļu daudziem inovatīviem lietojumiem.

Skenējošā tunelēšanas mikroskopija ir pierādījusi sevi kā neaizstājamu instrumentu virsmu fizikā un ķīmijā. Viņa sniedz dziļu ieskatu atomu procesos un ir palīdzējusi ilustrēt kvantu mehāniku, tostarp kvantu aploku izveidi un mērīšanu deviņdesmitajos gados. Šie jaunākie notikumi Minsteres Universitātē varētu vēl vairāk paplašināt robežas tam, kas iepriekš bija iespējams nanotehnoloģijās, un pavērt jaunas pētniecības pieejas, kas pārsniedz pašreizējās analītiskās metodes.