En ny metode til at danne en linse til elektronmikroskoper med atomopløsning

Elektronmikroskopi gør det muligt for forskere at visualisere små objekter såsom vira, de fine strukturer af halvlederenheder og endda atomer arrangeret på en materialeoverflade. At fokusere ned elektronstrålen til størrelsen af ​​et atom er afgørende for at opnå en så høj rumlig opløsning. Men når elektronstrålen passerer gennem en elektrostatisk eller magnetisk linse, udviser elektronstrålerne forskellige brændpunktspositioner afhængigt af fokuseringsvinklen, og strålen spredes ud ved fokus. At rette denne "sfæriske aberration" er dyrt og komplekst, hvilket betyder, at kun nogle få udvalgte videnskabsmænd og virksomheder besidder elektronmikroskoper med atomopløsning.

Forskere fra Tohoku University har foreslået en ny metode til at danne en elektronlinse, der bruger et lysfelt i stedet for de elektrostatiske og magnetiske felter, der anvendes i konventionelle elektronlinser. En ponderomotorisk kraft får elektronerne, der bevæger sig i lysfeltet, til at blive frastødt fra områder med høj optisk intensitet. Ved at bruge dette fænomen forventes en doughnut-formet lysstråle placeret koaksialt med en elektronstråle at producere en linseeffekt på elektronstrålen.

Forskerne vurderede teoretisk karakteristikaene af lysfeltelektronlinsen dannet ved hjælp af en typisk doughnut-formet lysstråle - kendt som en Bessel- eller Laguerre-Gaussian-stråle. Derfra opnåede de en simpel formel for brændvidde og sfæriske aberrationskoefficienter, som gjorde det muligt for dem hurtigt at bestemme de vejledende parametre, der er nødvendige for det faktiske elektronlinsedesign.

Formlerne demonstrerede, at lysfeltelektronlinsen genererer en "negativ" sfærisk aberration, som modsætter sig aberrationen af ​​elektrostatiske og magnetiske elektronlinser. Kombinationen af ​​den konventionelle elektronlinse med en "positiv" sfærisk aberration og en lysfeltselektronlinse, der udlignede aberrationen, reducerede elektronstrålernes størrelse til atomskalaen. Dette betyder, at lysfeltelektronlinsen kunne bruges som en sfærisk aberrationskorrektor.

"Lysfeltelektronlinsen har unikke egenskaber, der ikke ses i konventionelle elektrostatiske og magnetiske elektronlinser," siger Yuuki Uesugi, assisterende professor ved Institut for Multidisciplinær Forskning for Avancerede Materialer ved Tohoku Universitet og hovedforfatter af undersøgelsen. "Realiseringen af ​​lysbaseret aberrationskorrektor vil reducere installationsomkostningerne for elektronmikroskoper med atomopløsning betydeligt, hvilket fører til deres udbredte anvendelse inden for forskellige videnskabelige og industrielle områder," tilføjer Uesugi.

Deres undersøgelse er offentliggjort i Journal of Optics . Når man ser fremad, udforsker Uesugi og sine kolleger måder til den praktiske anvendelse af næste generations elektronmikroskoper ved hjælp af lysfelt-elektronlinsen. + Udforsk yderligere

Visualisering af oprindelsen af ​​magnetiske kræfter ved atomopløsningselektronmikroskopi