Исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) и их коллеги разработали способ модернизации просвечивающего электронного микроскопа — давняя научная рабочая лошадка для приготовления хрустящей микроскопических изображений-так что он может также создавать качественные фильмы из супер-быстрых процессов на атомном и молекулярном уровне. Совместим с электронными микроскопами старых и новых, реконструкция обещает дать свежий взгляд на все, начиная от микроскопических машин для следующего поколения компьютерных чипов и биологической ткани, делая это кино возможность более доступными для лабораторий во всем мире.
«Мы хотим быть в состоянии смотреть на вещи в материаловедении, что произойдет очень быстро», — сказал НИСТ ученый июня Лау. Она сообщает, первое доказательство концепции работы данного модернизированы дизайн со своими коллегами в журнале обзор научных инструментов. Команда разработала Retrofit для того чтобы быть экономически эффективным дополнением к существующим инструментам. «Ожидается, что часть стоимости нового электронного микроскопа», — сказала она.
Почти 100-летний изобретения электронного микроскопа остается важным инструментом во многих научных лабораториях. Популярная версия называется трансмиссионным электронным микроскопом (ТЭМ), который стреляет электронов через мишень образец для создания изображения. Современные версии микроскоп может увеличивать объекты до 50 миллионов раз. Электронные микроскопы позволили определить структуру вирусами, протестировать работу компьютерной схемы, и выявить эффективность новых лекарств.
«Электронных микроскопов можно посмотреть на очень маленькие вещи на атомном уровне», — сказал Лау. «Они являются большими. Но исторически, они смотрят на вещи, которые фиксированы во времени. Они не хороши при просмотре движущихся целей», — сказала она.
В последние 15 лет, лазерная электронных микроскопов видео можно, но такие системы были сложными и дорогими. Хотя эти установки могут фиксировать события, которые длятся от наносекунд (миллиардных долей секунды) до фемтосекунд (quadrillionths секунды), лаборатория должна часто покупать новые микроскоп для реализации этой возможности, а также специализированный лазерный, с общим объемом инвестиций, который может работать в миллионы долларов. В лаборатории также нуждается в лазерной физике опыт, чтобы помочь создать и управлять такой системой.
«Честно говоря, не у всех есть этот потенциал», — сказал Лау.
В отличие от этого, ретрофит позволяет стем любого возраста, чтобы сделать качественные фильмы в масштабе пикосекунд (одну триллионную секунды) с помощью относительно простых «луч вертолет».В принципе, луч измельчитель может быть использован в Теа любого производителя. Чтобы установить это, исследователи из NIST открыть колонку микроскопа непосредственно под источником электронов, вставьте луч измельчителя и снова закрыть микроскопом. Лау и его коллеги успешно модернизированы три стем различных возможностей и старинные.
Как стробоскоп, луч измельчителя-релизы, точно рассчитанных импульсов электронов, которая может захватывать кадры важных повторяющихся или циклических процессов.
«Представьте себе колесо обозрения, которое переходит в цикличный и воспроизводимый способ», — сказал Лау. «Если мы записываем его с помощью камеры-обскуры, он будет выглядеть размыто. Но мы хотим увидеть отдельные машины. Я могу поставить затвор в передней части камеры-обскуры, так что скорость затвора соответствует движению колеса. Мы можем время затвор открыть, когда места машина едет на вершину. В этом случае я могу сделать стек изображений, которые показывает каждый автомобиль в верхней части колеса обозрения», — сказала она.
Как световой затвор, луч измельчителя прерывает непрерывный пучок электронов. Но в отличие от затвора, который имеет отверстие, которое открывается и закрывается, этот луч проем остается открытым все время, устраняя необходимость в сложных механических частей.
Вместо этого, измельчитель луча генерирует радиочастотные (РЧ) электромагнитную волну в направлении электронного пучка. Волна вызывает перемещая электроны ведут себя «как пробки подпрыгивая вверх и вниз на поверхности воды волну», — сказал Лау.
Езда эта волна, электроны следуют волнообразной траектории по мере приближения к диафрагме. Большинство электронов блокируются, за исключением тех, которые полностью совпадают с диафрагмой. Частота волны ВЧ перестраиваемый, так что электроны нажмите на образец где-то от 40 миллионов до 12 миллиардов раз в секунду. В результате исследователи могут захватывать важные процессы в образце с интервалом времени от наносекунды до 10 пикосекунд.
Таким образом, стандарт-доукомплектовать микроскоп может захватить атом-масштаб детали возвратно-поступательного движения в крошечные машины, такие как микроэлектромеханические системы (МЭМС) и наноэлектромеханических систем (НСМОС). Он может изучать регулярно повторяющихся сигналов в антеннах, используемых для высокоскоростной связи и датчик движения электрических токов в следующего поколения компьютерных процессоров.
В одном демо, исследователи хотели доказать, что доукомплектовать микроскоп функционировали, чем до модернизации. Они изображены золотые наночастицы в традиционной «сплошной» режим и режим импульсного пучка. Изображений в импульсном режиме были сопоставимы по четкости и разрешения изображения.
«Мы разработали его так, что он должен быть таким же», — сказал Лау.
Луч измельчитель также может сделать двойную обязанность, накачка энергии RF в образце материала, а затем фотографирует результат. Исследователи продемонстрировали эту способность путем введения микроволны (форма Радиоволна) в металлическую, гребневидной устройства МЭМС. Микроволны создают электрические поля в устройстве МЭМС и вызвать поступающих импульсов электронов, чтобы отвлечь. Эти отклонения электрона позволить исследователям построить фильмов микроволн, распространяющихся по МЭМС гребень.
Лау и его коллеги надеются, что их изобретение вскоре может сделать новые научные открытия. Например, он может исследовать поведение быстро меняющихся магнитных полей на молекулярном уровне устройств памяти, которые обещают хранить больше информации, чем раньше.
Исследователи в течение шести лет, изобретая и развивая свой луч измельчителя и получили несколько патентов и НИОКР 100 премии за свою работу. Соавторов в работу включены Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, Нью-Йорк, и Techlabs Евклид в городе Болингбрук, штат Иллинойс.
Одна из вещей, которая делает Лау большинство гордятся, что их конструкция может вдохнуть новую жизнь в любой ТЕА, в том числе 25-летний блок, который выполнил последнюю демонстрацию. Дизайн НИСТ дает лабораториях везде способны использовать микроскопы, чтобы захватить важные динамичные процессы, которые происходят в материалы завтрашнего дня.
«Демократизация науки был всю мотивацию», — сказал Лау.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!