Sukūrė aštriausią pasaulyje elektroninį mikroskopą: matys tai, ko iki šiol nepavyko

Naujas etapas medžiagų tyrimuose

Brookhaven National Laboratory pristatė naują elektroninį mikroskopą, sukurtą specialiai jų Center for Functional Nanomaterials poreikiams. Įrenginys leis itin detaliai tirti medžiagų atomų išsidėstymą, cheminę sudėtį ir elektronų elgseną.

Mokslininkų teigimu, šis mikroskopas užpildo spragą tarp įprastos elektroninės mikroskopijos ir didelių rentgeno įrenginių, kuriems reikia sinchrotrono. Kitaip tariant, dalį itin sudėtingų tyrimų bus galima atlikti greičiau ir lanksčiau, neperkeliant darbo į didžiules infrastruktūras.

Keturi sprendimai, keičiantys ribas

Laboratorija pabrėžia keturias technologines naujoves, kurios išskiria instrumentą iš ankstesnių kartų. Viena jų yra antrinių elektronų detektorius, galintis tuo pačiu metu vaizdinti ir viršutinį, ir apatinį mėginio paviršių iki atomų lygio.

Toks tikslumas ypač svarbus katalizatorių tyrimuose, nes būtent katalizatoriai lemia daugelio reakcijų, naudojamų energijos konversijai ir kaupimui, efektyvumą. Kuo aiškiau matoma paviršiaus struktūra, tuo greičiau galima suprasti, kodėl viena medžiaga veikia geriau už kitą ir kaip ją patobulinti.

Kita naujovė yra perprojektuota optinė sistema, kuri, pasak kūrėjų, daugiau nei penkis kartus išplečia išmatuojamos energijos diapazoną. Šie matavimai leidžia tiksliau vertinti oksidacijos laipsnį ir cheminių ryšių pokyčius, pavyzdžiui, kaip kinta baterijų medžiagos įkrovimo ir iškrovimo metu.

200 kartų geresnė energinė skiriamoji geba

Didžiausiu proveržiu vadinama energijos filtravimo sistema, kuri turėtų užtikrinti iki 200 kartų geresnę energinę skiriamąją gebą nei dabartiniai elektroniniai mikroskopai. Tai ypač svarbu tada, kai tyrėjams reikia ne tik pamatyti struktūrą, bet ir tiksliai suprasti, kas vyksta su elektronais medžiagos viduje.

Ši pažanga atveria kelią pilnam EELS metodo, elektronų energijos nuostolių spektroskopijos, potencialui. Tokia analizė padeda įvertinti kvazidaleles, pavyzdžiui, fononus, magnons ar plazmonus, ir suprasti, kaip medžiagos perduoda šilumą, reaguoja į magnetinius laukus bei sąveikauja su elektra ir šviesa.

Dar viena kryptis susijusi su įrangos valdymu: mikroskopo programinė įranga palaiko nuotolinę prieigą. Tai gali paspartinti eksperimentus, o ateityje sudaryti prielaidas autonominei mikroskopijai, kai dalį darbo optimizuoja DI metodai.

„Šis instrumentas atveria duris visiškai naujiems eksperimentams ir leis atsakyti į klausimus, kurie anksčiau mums buvo nepasiekiami“, – sakė dr. Sooyeon Hwang, Dongguk universiteto Pietų Korėjoje docentė, prisidėjusi prie mikroskopo įsigijimo.