Mikroskopy elektronowe to potężne narzędzia przyszłości. Służą do pozyskiwania obrazów z
Dwa nowe studia
Dwa nowe badania przeprowadzone przez współpracownikówLaboratoria McMorran na Uniwersytecie w Oregonie oferują nowe pomysły na ulepszenie mikroskopów elektronowych. Obydwa wymagają zastosowania podstawowej zasady mechaniki kwantowej: elektron może zachowywać się zarówno jak fala, jak i cząstka. To jeden z wielu przykładów dziwności kwantowej, w której zachowanie cząstek subatomowych wydaje się naruszać prawa fizyki klasycznej.
W pierwszym badaniu naukowcy proponują badanieprzedmiotu pod mikroskopem bez wchodzenia z nim w kontakt, zapobiegając uszkodzeniu delikatnych i niewidocznych gołym okiem próbek. W ramach drugiej pracy fizycy wymyślili, jak jednocześnie wykonać dwa pomiary na obiekcie. Obydwa badania zostały opublikowane przez czasopismo naukowe Physical Review Letters.
Problemy nowoczesnych technologii
„Trudno obserwować coś bez wpływu na obiekt, szczególnie w przypadku małych szczegółów” – wyjaśnia Ben McMorran. „Wydaje się, że fizyka kwantowa pozwala nam zobaczyć więcej bez niszczenia czegokolwiek”.
Do uzyskania używa się mikroskopów elektronowychzbliżeń białek i komórek, a także próbek niebiologicznych, takich jak nowe rodzaje materiałów. Zamiast światła stosowanego w bardziej tradycyjnych mikroskopach, urządzenia elektroniczne skupiają wiązkę elektronów na próbce. W miarę interakcji wiązki z mikroskopem próbki, zmieniają się niektóre cechy próbki. Detektor mierzy zmiany w wiązce, które następnie są przekształcane na obraz o wysokiej rozdzielczości.
Jednak ta potężna wiązka elektronów może uszkodzić delikatne struktury próbki i z czasem zniszczyć szczegóły, które naukowcy próbują zbadać.
Jak to rozwiązać?
Jako obejście, zespół McMorranawykorzystał eksperyment myślowy Elitzur-Weidman opublikowany na początku lat 90. Fizycy zaproponowali w nim sposób na wykrycie wrażliwej bomby bez dotykania jej i ryzyka eksplozji.
Sztuczka opiera się na narzędziu znanym jakosiatka dyfrakcyjna. Jest to cienka membrana z mikroskopijnymi szczelinami, która gdy wiązka elektronów uderza w siatkę dyfrakcyjną, zostaje rozdzielona na dwie części.
Kiedy te rozdzielacze wiązki są prawidłowo ustawionesiatkach dyfrakcyjnych, po rozdzieleniu elektron ulega rekombinacji w taki sposób, że trafia tylko na jedno z dwóch możliwych wyjść. Zatem w nowym układzie elektrony nie zderzają się z próbką, jak w tradycyjnej mikroskopii elektronowej. Zamiast tego rekombinacja wiązki elektronów dostarcza informacji o próbce pod mikroskopem.
W innym badaniu zespół McMorranawykorzystali podobną siatkę dyfrakcyjną do pomiaru próbki w dwóch miejscach jednocześnie. Rozdzielili wiązkę elektronów, tak że przeszła ona po obu stronach małej cząstki złota, mierząc maleńkie fragmenty energii, które elektrony przekazały cząstce po każdej stronie .
Takie podejście ujawni wrażliwe niuansepoziom atomowy w próbce i pozwoli nam zrozumieć, w jaki sposób cząstki w niej oddziałują. Pozwala to przyjrzeć się dwóm oddzielnym częściom, a następnie połączyć je ze sobą i sprawdzić ich dane dotyczące chybotania.
Dlaczego to ważne?
Chociaż te dwa badania są różnedo różnych typów pomiarów używają tego samego podstawowego układu, zwanego interferometrią.Członkowie zespołu McMorrana uważają, że ich narzędzie może być przydatne nie tylko w ich własnym laboratorium, ale także w szerokiej gamie eksperymentów.
Z odpowiednimi materiałami i instrukcjamizestaw można dodać do wielu istniejących mikroskopów elektronowych, inne laboratoria już wyraziły zainteresowanie i chcą zastosować interferometr w swoich własnych mikroskopach.
Czytaj więcej:
Poluje się na nią od wieków: co wiemy o planecie Vulcan obok Słońca?
Fizycy eksperymentalnie potwierdzili nowe prawo podstawowe dla cieczy
Astronomowie znaleźli planetę w pobliżu Ziemi: ma bardzo dziwną orbitę