Language
Country/Area
No result found
Tìm hiểu: Tại sao STEM có thể đạt được độ phân giải dưới angstrom?
Đi đầu trong nghiên cứu khoa học, Kính hiển vi điện tử truyền qua quét (STEM) chắc chắn là một công cụ quan trọng. STEM không chỉ cung cấp độ phân giải cao hơn kính hiển vi điện tử truyền qua (CTEM) truyền thống mà còn có thể kết hợp nhiều kỹ thuật phân tích cùng lúc, cho phép các nhà nghiên cứu đi sâu vào thế giới vi mô của vật liệu. Bài viết này sẽ khám phá cách STEM đạt được độ phân giải dưới angstrom và các ứng dụng của nó trong cộng đồng khoa học ngày nay.
"Chùm tia điện tử của kính hiển vi điện tử truyền qua quét có thể được hội tụ đến một điểm cực nhỏ, cho phép chúng ta thu được hình ảnh rõ nét hơn ở cấp độ nguyên tử."
Nguyên lý cơ bản của STEM
STEM hoạt động bằng cách tập trung một chùm electron vào một điểm nhỏ (kích thước thông thường là 0,05 - 0,2 nanomet). Chùm ánh sáng này sau đó được quét qua mẫu, một quá trình gọi là chiếu sáng raster. Công nghệ quét này không chỉ cho phép thu được hình ảnh có độ phân giải cao mà còn có thể kết hợp với các kỹ thuật phân tích như chụp ảnh trường tối hình khuyên tương phản Z và quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX). Điều này giúp có thể tương quan trực tiếp giữa dữ liệu hình ảnh và dữ liệu quang phổ, cải thiện đáng kể độ chính xác và hiệu quả của nghiên cứu.
Bối cảnh lịch sửLịch sử của kính hiển vi điện tử truyền qua quét có từ năm 1938, khi kỹ sư người Đức Manfred von Ardenne lần đầu tiên chế tạo loại kính hiển vi này. Mặc dù những thành tựu của ông không thể so sánh với CTEM vào thời điểm đó, nhưng chúng đã đặt nền tảng cho những phát triển sau này. Phải đến những năm 1970, Albert Crewe của Đại học Chicago mới thừa hưởng công nghệ này, trang bị cho nó các thấu kính vật kính chất lượng cao và tiên phong trong STEM hiện đại.
Đột phá trong việc loại bỏ các sai lệch
Với sự tiến bộ của công nghệ, bộ hiệu chỉnh quang sai đã được bổ sung vào STEM, cho phép đầu dò electron có thể hội tụ đến đường kính nhỏ hơn angstrom, giúp nâng cao độ phân giải hình ảnh lên mức chưa từng có. Độ phân giải 1,9 angstrom lần đầu tiên được chứng minh vào năm 1997 và vào năm 2000, độ phân giải đạt được khoảng 1,36 angstrom. Sự phát triển hơn nữa của công nghệ đã cho phép các nhà khoa học xác định các cột nguyên tử riêng lẻ với độ rõ nét chưa từng có.
Chế độ hình ảnh STEM
STEM có một số chế độ chụp ảnh, bao gồm trường tối hình khuyên (ADF), trường sáng và độ tương phản pha khác biệt (DPC). Chế độ trường tối hình khuyên tạo ra hình ảnh bằng cách phát hiện các electron phân tán, số lượng electron này liên quan đến số hiệu nguyên tử, giúp đơn giản hóa quá trình giải thích hình ảnh. Hình ảnh trường sáng có thể cung cấp hình ảnh bổ sung để hiểu rõ hơn về cấu trúc vật liệu.
"Việc giải thích đơn giản chế độ trường tối hình khuyên làm cho STEM trở thành một kỹ thuật hấp dẫn trong kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao."
Phổ học trong STEM
Ngoài các kỹ thuật chụp ảnh, STEM còn được sử dụng rộng rãi trong phân tích quang phổ, bao gồm quang phổ mất năng lượng electron (EELS) và quang phổ tia X phân tán năng lượng (EDX). EELS định lượng năng lượng bị mất bởi chùm electron trong vật liệu và có thể được sử dụng để xác định thành phần hóa học và cấu trúc của vật liệu đó. Thông qua các kỹ thuật này, các nhà khoa học có thể lập bản đồ vật liệu ở độ phân giải nguyên tử, cải thiện đáng kể khả năng hiểu biết về cấu trúc vi mô.
Ứng dụng của Kính hiển vi điện tử truyền quét định lượng (QSTEM)
Với sự ra đời của QSTEM, các nhà khoa học có thể định lượng chính xác các đặc tính của vật liệu. Sự ra đời của công nghệ này cho phép các nhà nghiên cứu xác định mối quan hệ giữa cấu trúc vi mô và tính chất vật lý từ hình ảnh, chẳng hạn như lắng đọng màng mỏng, sự phát triển của tinh thể và chuyển động sai lệch. Phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó bao gồm nhiều lĩnh vực khoa học vật liệu, do đó thúc đẩy việc phân tích chuyên sâu các nghiên cứu liên quan.
Triển vọng tương lai
Mặc dù công nghệ STEM đã có những tiến bộ đáng kinh ngạc nhưng vẫn còn nhiều thách thức. Làm thế nào để giảm sự phụ thuộc vào thiết bị cao cấp và đề xuất các thuật toán, giải pháp hiệu quả cho các vấn đề cụ thể trong ứng dụng cụ thể của nghiên cứu vật liệu là những chủ đề quan trọng cần được quan tâm trong tương lai. Khi công nghệ tiếp tục phát triển, ranh giới ứng dụng của STEM sẽ tiếp tục mở rộng, mang đến cho chúng ta nhiều điều bí ẩn khoa học hơn.
Vậy, với sự tiến bộ liên tục của công nghệ STEM, liệu chúng ta có thể thu được dữ liệu cấp độ nguyên tử chính xác hơn với chi phí thấp hơn trong tương lai không?
