Nye elektron mikroskop for nylig har installeret i Cornell's Duffield Hall aktivering videnskabsfolk for første gang til formularen billeder, entydigt identificere individuelle atomer i en crystal og se, hvordan disse atomer bond til hinanden.
Og i levende farver.
"Den aktuelle generation af elektronmikroskoper kan opfattes som dyre sort / hvid kameraer hvor forskellige atomer vises som forskellige gråtoner," forklarede David Muller, Cornell lektor i anvendt og engineering physics. "Denne mikroskop tager farvebilleder--hvor hvert farvede atom repræsenterer et entydigt identificeret kemiske arter."
Instrumentet er en ny type af scanning transmission elektronmikroskop (STEM), bygget af firmaet NION af Kirkland, Wash., under en instrument-udvikling award til Cornell fra National Science Foundation (NSF). John Silcox, David E. Burr Professor i ingeniørvidenskab ved Cornell og Ondrej Krivanek af NION er co-principal efterforskere på projektet.
Mikroskop indeholder nye aberration-korrektion teknologi udviklet af Krivanek, der fokuserer en stråle af elektroner på en mindre end en enkelt atom--stedet mere kraftigt og med større intensitet end tidligere muligt. Dette giver oplysninger tidligere skjult i baggrunden, eller "støj," ses. Den indeholder også op til en hundredfold stigning i imaging hastighed.
Kapaciteter af det nye instrument analyse af en prøve er beskrevet i en artikel i Feb. 22 spørgsmålet på kladden videnskab ved Muller, Silcox, Krivanek og kolleger på Cornell og i Korea og Japan.
Det giver mulighed for videnskabsfolk peer inde i et materiale eller en enhed og se, hvordan det er skruet sammen på den atomic scale hvor quantum virkninger dominere og daglige intuition mislykkes. Et af de vigtigste programmer af det nye instrument vil være at gennemføre det Silcox kalder "materialer patologi" at støtte forskere i deres udvikling af nye materialer til brug i elektroniske kredsløb, computer memories og andre nanoscale enheder. "Vi kan se på strukturer folk har bygget og fortælle dem, hvis de har bygget, hvad de troede, de gjorde," forklarede Silcox.
SPIDSENS skyder en elektronstråle gennem en tynd film prøve og scanner BOM på tværs af prøven i subatomic trin. Foruden danner et billede, kan den nye mikroskop identificere atomer i dens sti ved en proces, der kaldes elektron energitab spektrometri. Atomer i stien til BOM absorbere energi fra nogle af dens elektroner at sparke deres egne elektroner i højere kredsløb. Mængden af energi dette tager er forskellige for hver slags atom.
Detektoren, indsamler elektroner opdukkende fra prøven foranstaltninger energitab, og fra dette atomer i stien til BOM kan identificeres. Detektoren kan samtidig producere flere billeder--én for hver forskellige arter af atom i stikprøven, og disse kan være farvekodet, hver farve repræsenterer en anden elektron energi signatur.
Metoden kan også vise hvordan atomer bundet til hinanden i en crystal, fordi bonding opretter små forskydninger i energi signaturer. I tidligere STÆNGLER, var mange elektroner fra fjernlys, herunder dem med ændrede energikilder, spredt i bred vinkler ved simpel kollisioner med atomer. Den nye STEM omfatter magnetiske linser, der indsamler nye elektroner over en bredere vinkel. Tidligere, Silcox sagde, ca. 8 procent af de spirende elektroner blev indsamlet, men den nye detektor indsamler omkring 80 procent, giver mere præcise målinger af små ændringer i energi niveauer, der afslører bonding mellem atomer.