Elektronimikroskoopit ovat tehokkaita tulevaisuuden työkaluja. Niitä käytetään kuvien hankkimiseen
Kaksi uutta tutkimusta
Kaksi uutta yhteistyökumppaneiden tekemää tutkimustaMcMorranin laboratoriot Oregonin yliopistossa tarjoavat uusia ideoita elektronimikroskooppien parantamiseen. Molemmissa käytetään kvanttimekaniikan perusperiaatetta: elektroni voi käyttäytyä sekä aaltona että hiukkasena. Tämä on yksi monista esimerkeistä kvanttiomituisuudesta, jossa subatomisten hiukkasten käyttäytyminen näyttää rikkovan klassisen fysiikan lakeja.
Ensimmäisessä tutkimuksessa tutkijat ehdottavat tutkimustaesine mikroskoopin alle joutumatta kosketuksiin sen kanssa, mikä estää hauraiden ja paljaalla silmällä näkymättömien näytteiden vahingoittumisen. Ja osana toista työtä fyysikot keksivät, kuinka suorittaa samanaikaisesti kaksi mittausta esineelle. Molemmat tutkimukset on julkaissut tieteellinen aikakauslehti Physical Review Letters.
Nykytekniikan ongelmat
"On vaikeaa havaita jotain vaikuttamatta kohteeseen, varsinkin pienissä yksityiskohdissa", selittää Ben McMorran. "Kvanttifysiikka näyttää antavan meille mahdollisuuden nähdä enemmän tuhoamatta mitään."
Sen saamiseksi käytetään elektronimikroskooppejalähikuvia proteiineista ja soluista sekä ei-biologisia näytteitä, kuten uudentyyppisiä materiaaleja. Perinteisemmissä mikroskoopeissa käytetyn valon sijaan elektroniset laitteet kohdistavat näytteeseen elektronisäteen. Kun säde on vuorovaikutuksessa näytteen jotkin ominaisuudet muuttuvat. Ilmasin mittaa säteen muutokset, jotka sitten muunnetaan korkearesoluutioiseksi kuvaksi.
Mutta tämä voimakas elektronisuihku voi vahingoittaa näytteen hauraita rakenteita.Ajan mittaan se voi pilata ne yksityiskohdat, joita tutkijat yrittävät tutkia.
Miten se ratkaistaan?
Ratkaisuna McMorranin tiimikäytti Elitzur-Weidmanin ajatuskokeilua, joka julkaistiin 1990-luvun alussa. Siinä fyysikot ehdottivat tapaa havaita herkkä pommi koskematta siihen tai räjähtämättä sitä.
Temppu perustuu työkaluun, joka tunnetaan nsdiffraktiohila. Tämä on ohut kalvo, jossa on mikroskooppisia rakoja. Kun elektronisäde osuu diffraktiohilaa, se jakautuu kahteen osaan.
Kun nämä säteenjakajat on kohdistettu oikeindiffraktiohilat, erotuksen jälkeen elektroni yhdistyy uudelleen niin, että se päätyy vain toiseen kahdesta mahdollisesta ulostulosta. Näin ollen uudessa asetelmassa elektronit eivät törmää näytteeseen, kuten perinteisessä elektronimikroskopiassa. Sen sijaan elektronisuihkun rekombinaatio antaa tietoa näytteestä mikroskoopin alla.
Toisessa tutkimuksessa McMorranin tiimikäytti samanlaista diffraktiohilaa näytteen mittaamiseen kahdesta paikasta kerralla. Ne jakoivat elektronisäteen niin, että se kulki pienen kultahiukkasen kummaltakin puolelta, mittaamalla pienet energianpalat, jotka elektronit siirtivät hiukkaselle kummallakin puolella .
Tämä lähestymistapa paljastaa herkkiä vivahteitaatomitason näytteessä ja antaa meille mahdollisuuden ymmärtää, kuinka hiukkaset ovat vuorovaikutuksessa siinä. Näin voit tarkastella sen kahta erillistä osaa ja sitten yhdistää ne yhteen ja tarkistaa niiden huojuntatiedot.
Miksi tämä on tärkeää?
Vaikka nämä kaksi tutkimusta ovat erilaisiatyyppisiä mittauksia, he käyttävät samaa perusasetusta, joka tunnetaan nimellä interferometria. McMorranin tiimin jäsenet uskovat, että heidän työkalunsa voisi olla hyödyllinen paitsi heidän omassa laboratoriossaan myös monissa erilaisissa kokeissa.
Oikeilla materiaaleilla ja ohjeillakokoonpano voidaan lisätä moniin olemassa oleviin elektronimikroskooppeihin, muut laboratoriot ovat jo osoittaneet kiinnostusta siihen ja haluavat käyttää interferometriä omissa mikroskoopeissaan.
Lue lisää:
Sitä on metsästetty vuosisatoja: mitä tiedämme Vulcan-planeetasta Auringon vieressä
Fyysikot ovat kokeellisesti vahvistaneet nesteille uuden peruslain
Tähtitieteilijät ovat löytäneet planeetan läheltä maata: sillä on hyvin outo kiertorata