Rewolucyjna mikroskopia: nowa procedura odkrywa ukryte struktury!

Rewolucyjna mikroskopia: nowa procedura odkrywa ukryte struktury!

Zespół badawczy z Uniwersytet w Münster opracował innowacyjne procedury medyczne badania materiałów. Pod kierunkiem profesor dr Aniki Schlenhoff i dr Macieja Bazarnika przetestowano ulepszoną metodę pomiarową w skaningowej mikroskopii tunelowej (RTM). Nacisk położony jest na analizę strukturalną i magnetyczną ultracienkich folii, w szczególności warstwy żelaza magnetycznego ukrytej pod warstwą grafenu.

Konwencjonalna skaningowa mikroskopia tunelowa zwykle ogranicza się do górnej warstwy atomowej próbki i wykorzystuje stany elektroniczne zlokalizowane na powierzchni próbki. Nowa procedura znosi jednak to ograniczenie. Pozwala badaczom przyjrzeć się warunkom panującym przed powierzchnią i w samej próbce. Otwiera to nowe możliwości badania elektronicznego transferu ładunku na ukrytych interfejsach.

Innowacja technologiczna dzięki skaningowej mikroskopii tunelowej

Skaningowy mikroskop tunelowy zawiera cienką końcówkę, którą przesuwa się po próbce. Po przyłożeniu napięcia pomiędzy końcówką a elektrycznie przewodzącą próbką powstaje mierzalny prąd tunelowy. Ta innowacyjna technika, bazująca na efekcie tunelowania mechaniki kwantowej, umożliwia tworzenie obrazów powierzchni o tej samej gęstości stanów elektronowych. Naukowcy podają, że stany leżące przed powierzchnią wnikają do próbki i poprzez interakcję z warstwą żelaza nabierają właściwości magnetycznych.

Rozdzielczość przestrzenna nowej metody umożliwia szczegółową analizę warstwy wierzchniej i leżących pod nią warstw granicznych. Szczególnie godne uwagi jest to, że ujawnia różnice w pionowej kolejności ułożenia atomów węgla grafenu w porównaniu z atomami żelaza. Jak pokazują badania, tych specyficznych różnic nie można było rozszyfrować przy użyciu konwencjonalnej skaningowej mikroskopii tunelowej.

Skaningowy mikroskop tunelowy służy nie tylko do analizy lokalnej struktury elektronowej, ale także do wykonywania skaningowej spektroskopii tunelowej, która analizuje położenie energetyczne stanów powierzchniowych. Wikipedia opisuje, że prądy tunelowe wynoszą zwykle od 1 pA do 10 nA i zależą od różnych parametrów, takich jak funkcja pracy elektronów. Ponadto do stabilizacji odległości końcówka-próbka wymagane są techniki takie jak izolacja termiczna, akustyczna i mechaniczna.

Znaczenie badań

Niniejsze badanie, opublikowane w czasopiśmie ACS Nano, może mieć daleko idące implikacje dla nauk o materiałach i nanotechnologii. Armin B. i Heinrich Rohrer, pionierzy tej technologii, są doceniani za swoją pracę nad skaningową mikroskopią tunelową od 1986 roku, po zdobyciu Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki. Ich oryginalny rozwój skaningowego mikroskopu tunelowego utorował drogę wielu innowacyjnym zastosowaniom.

Skaningowa mikroskopia tunelowa stała się niezbędnym narzędziem w fizyce i chemii powierzchni. Zapewnia głęboki wgląd w procesy atomowe i pomogła zilustrować mechanikę kwantową, w tym tworzenie i pomiary korali kwantowych w latach 90. Te najnowsze osiągnięcia na Uniwersytecie w Münster mogą jeszcze bardziej przesunąć granice tego, co było wcześniej możliwe w nanotechnologii i otworzyć nowe podejścia badawcze, wykraczające poza obecne metody analityczne.