Revolučná mikroskopia: Nový postup objavuje skryté štruktúry!

Revolučná mikroskopia: Nový postup objavuje skryté štruktúry!

Výskumný tím z Univerzita v Münsteri vyvinula inovatívne medicínske postupy na skúmanie materiálov. Pod vedením profesora Dr. Aniky Schlenhoffovej a Dr. Macieja Bazarnika testovali vylepšenú metódu merania v skenovacej tunelovej mikroskopii (RTM). Zameriava sa na štrukturálnu a magnetickú analýzu ultratenkých filmov, konkrétne na vrstvu magnetického železa ukrytú pod vrstvou grafénu.

Bežná skenovacia tunelová mikroskopia je zvyčajne obmedzená na hornú atómovú vrstvu vzorky a využíva elektronické stavy umiestnené na povrchu vzorky. Nový postup však toto obmedzenie odstraňuje. Umožňuje výskumníkom pozrieť sa na podmienky, ktoré existujú pred povrchom a v samotnej vzorke. To otvára nové možnosti pre štúdium elektronického prenosu náboja na skrytých rozhraniach.

Technologická inovácia prostredníctvom skenovacej tunelovej mikroskopie

Skenovací tunelový mikroskop obsahuje jemný hrot, ktorý sa pohybuje nad vzorkou. Po privedení napätia sa medzi hrotom a elektricky vodivou vzorkou vytvorí merateľný tunelový prúd. Táto inovatívna technika, ktorá je založená na efekte kvantového mechanického tunelovania, umožňuje vytvárať obrazy povrchov s rovnakou hustotou elektrónových stavov. Vedci uvádzajú, že stavy ležiace pred povrchom prenikajú do vzorky a získavajú magnetické vlastnosti prostredníctvom interakcie s vrstvou železa.

Priestorové rozlíšenie novej metódy umožňuje detailnú analýzu vrchnej vrstvy a pod ňou ležiacich hraničných vrstiev. Obzvlášť pozoruhodné je, že odhaľuje rozdiely vo vertikálnej postupnosti ukladania atómov uhlíka grafénu v porovnaní s atómami železa. Tieto špecifické rozdiely nebolo možné dekódovať pomocou bežnej skenovacej tunelovej mikroskopie, ako ukazujú štúdie.

Skenovací tunelový mikroskop sa používa nielen na analýzu lokálnej elektronickej štruktúry, ale aj na vykonávanie skenovacej tunelovej spektroskopie, ktorá analyzuje energetické polohy povrchových stavov. Wikipedia opisuje, že tunelovacie prúdy sú typicky medzi 1 pA a 10 nA a závisia od rôznych parametrov, ako je pracovná funkcia elektrónov. Okrem toho sú na stabilizáciu vzdialenosti hrot-vzorka potrebné techniky ako tepelná, akustická a mechanická izolácia.

Význam výskumu

Súčasná štúdia publikovaná v časopise ACS Nano by mohla mať ďalekosiahle dôsledky pre vedu o materiáloch a nanotechnológiu. Armin B. a Heinrich Rohrer, priekopníci tejto technológie, získali uznanie za svoju prácu na skenovacej tunelovej mikroskopii od roku 1986 po získaní Nobelovej ceny za fyziku. Ich pôvodný vývoj skenovacieho tunelového mikroskopu vydláždil cestu mnohým inovatívnym aplikáciám.

Skenovacia tunelová mikroskopia sa etablovala ako nepostrádateľný nástroj v povrchovej fyzike a chémii. Poskytuje hlboký pohľad na atómové procesy a pomohla ilustrovať kvantovú mechaniku vrátane vytvárania a merania kvantových koralov v 90. rokoch. Tento najnovší vývoj na Univerzite v Münsteri by mohol ďalej posunúť hranice toho, čo bolo predtým možné v nanotechnológii, a otvoriť nové výskumné prístupy, ktoré presahujú súčasné analytické metódy.