Language
Country/Area
No result found
Узнайте: почему STEM может достигать субангстремного разрешения?
На переднем крае научных исследований сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (СТЭМ), несомненно, является важным инструментом. СТЭМ не только обеспечивает более высокое разрешение, чем традиционная просвечивающая электронная микроскопия (СТЭМ), но и может одновременно сочетать несколько аналитических методов, позволяя исследователям погружаться в микроскопический мир материалов. В этой статье мы рассмотрим, как STEM достигает субангстремного разрешения, а также его применение в современном научном сообществе.
«Электронный луч сканирующего просвечивающего электронного микроскопа можно сфокусировать в чрезвычайно маленькую точку, что позволяет нам получать более четкие изображения на атомном уровне».
Основные принципы STEM
STEM работает, фокусируя пучок электронов в крошечное пятно (типичный размер 0,05–0,2 нанометра). Затем этот пучок света сканируется по образцу, этот процесс называется растровым освещением. Эта технология сканирования не только позволяет получать изображения с высоким разрешением, но и может сочетаться с аналитическими методами, такими как кольцевая темнопольная визуализация с Z-контрастом и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX). Это делает возможной прямую корреляцию между изображениями и спектральными данными, что значительно повышает точность и эффективность исследований. Историческая справка
История сканирующего просвечивающего электронного микроскопа берет свое начало в 1938 году, когда немецкий инженер Манфред фон Арденн впервые построил этот тип микроскопа. Хотя его достижения в то время нельзя было сравнить с CTEM, они заложили основу для последующих разработок. Лишь в 1970-х годах Альберт Крю из Чикагского университета унаследовал эту технологию, оснастил ее высококачественными объективами и стал пионером современной STEM.
Прорыв в устранении аберраций
С развитием технологий в STEM были добавлены корректоры аберраций, позволяющие фокусировать электронный зонд на диаметре меньше ангстрема, что вывело разрешение изображения на беспрецедентный уровень. Разрешение 1,9 ангстрема было впервые продемонстрировано в 1997 году, а в 2000 году было достигнуто разрешение около 1,36 ангстрема. Дальнейшее развитие технологии позволило ученым с беспрецедентной четкостью идентифицировать отдельные атомные столбцы.
Режимы визуализации STEM
STEM имеет несколько режимов визуализации, включая кольцевое темное поле (ADF), светлое поле и дифференциальный фазовый контраст (DPC). Кольцевой режим темного поля формирует изображения путем обнаружения рассеянных электронов, количество которых связано с атомным номером, что упрощает процесс интерпретации изображений. Визуализация в светлом поле может предоставить дополнительные изображения для более полного понимания структуры материала.
«Простая интерпретация кольцевого режима темного поля делает STEM привлекательным методом в электронной микроскопии высокого разрешения».
Спектроскопия в STEM
Помимо методов визуализации, STEM также широко используется в спектроскопическом анализе, включая спектроскопию потерь энергии электронами (EELS) и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию (EDX). Метод EELS позволяет количественно оценить потери энергии электронным пучком в материале и может использоваться для определения его химического состава и структуры. Используя эти методы, ученые могут картировать материалы с атомным разрешением, значительно улучшая понимание микроскопических структур.
Применение количественной сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (QSTEM)
С появлением QSTEM ученые получили возможность точно количественно определять характеристики материалов. Появление этой технологии позволяет исследователям выявлять взаимосвязь между микроструктурой и физическими свойствами с помощью изображений, таких как осаждение тонкой пленки, рост кристаллов и движение дислокаций. Широкий спектр его применения охватывает многие области материаловедения, способствуя тем самым углубленному анализу соответствующих исследований.
Перспективы на будущее
Хотя технологии STEM достигли поразительных успехов, проблемы остаются. Как снизить зависимость от высококлассного оборудования и предложить эффективные алгоритмы и решения конкретных проблем в конкретных приложениях исследования материалов — это важные темы, которым необходимо уделять внимание в будущем. По мере развития технологий границы применения STEM будут расширяться, открывая нам все больше научных загадок.
Итак, с постоянным развитием технологии STEM, сможем ли мы в будущем получать более точные данные на атомном уровне по более низкой цене?
