Ny enhed kaster lys over skønheden ved videnskab

Videnskabens vidunder kommer ofte fra de uendelige muligheder, der åbnes ved hver på hinanden følgende opdagelse og de uventede fund, der resulterer. Forskere ved University of Bristol har nu et nyt værktøj, der vil give endnu flere og hidtil usete niveauer af information - og afgørende, uden at forstyrre det naturlige, den fysiske tilstand af det undersøgte objekt.

I de sidste par måneder har fysikere ved Bristols Interface Analysis Center dystet om tid på dualbeam-instrumentet, som centerdirektør Dr. Tom Scott siger, "låser nøglen op til en helt ny verden".

Det har indtil videre produceret hundredvis af billeder, der er lige så smukke, som de er afslørende, og dem på IAC er ivrige efter at se, hvad dualbeam kan gøre mere, arbejder sammen med kolleger fra hele universitetet for at dykke ned i alle sager, fra diamanter til insektører.

Dualbeam ser på overfladestrukturer med en opløsning på mindre end en nanometer - svarende til ti milliontedele af tykkelsen af ​​et menneskehår. Opløsningen af ​​de producerede billeder er kun en nanometer, som er hinsides minimale, givet at det tager 1, 000 nanometer for at lave en mikron, og 1, 000 mikron udgør en enkelt millimeter.

Dualbeam er såkaldt, fordi den fungerer ved hjælp af to systemer - en fokuseret ionstråle (FIB) og et high spec field emission scanning electron microscope (SEM). Den fungerer ved hjælp af galliumioner afledt af en flydende metalionkilde, der er rettet mod overfladen i en stramt kontrolleret stråle, hvor individuelle atomer bevæger sig med hastigheder på op til en million miles i timen. Ionstrålen kan styres præcist for at fjerne materiale fra stramt definerede områder - i det væsentlige udfører mikro- og endda nano-kirurgi på næsten ethvert materiale.

I modsætning til andre teknikker, der bruges til at dissekere materialer, dualbeam kan udtrække information og fange billeder uden at forårsage nogen påviselig skade undtagen over et lille område. Det kan også afsætte materialer som guld og platin, kendt for deres ledningsevne, på overfladestrukturen, give indsigt i materialers sammensætning og adfærd.

For fysikere, der leder efter kvantebrønde, biologer, der ser på strukturen af ​​membraner i ørerne på græshopper, og ingeniører ivrige efter at forstå nanostrukturen af ​​eksotiske legeringer, dualbeam ser ud til at holde nøglen til succes.

"Det gør ting muligt, som tidligere blev anset for umuligt, det er kernen i, hvad der gør videnskab smuk, ” siger Dr. Scott. "Den kan gøre tingene på en så præcist defineret måde med en så høj grad af nøjagtighed, at det virkelig er utroligt. Faktisk, det er svært at forstå, hvor lille denne ting fungerer på."

Nogle af de projektforslag, der er under overvejelse, der ville gøre brug af dualbeam, omfatter en undersøgelse af ørerne på indiske træfræshopper, hvor dualbeam kunne bruges til at skære og se i tre dimensioner rekonstruktioner af cricketører. Resultaterne kan i sidste ende informere medicinske fremskridt inden for høreapparater til mennesker.

En anden indebærer at undersøge de materialer, der bruges til at bygge atomkraftværker. Den hastighed, hvormed de ældes, og de output, der produceres, mens de gør det, er til alvorlig bekymring. En nærmere undersøgelse af mikrostrukturen af ​​rustfrit stål, og de processer, hvorved de håndterer belastning, når de påvirkes af termisk cykling i kraftværker, ville give væsentlig information om potentielle svigtrisici, som efterfølgende kunne sikres mod ved udformningen af ​​næste generation af kraftværker.

Dualbeam kunne også bruges i kvantekryptografi, at udtænke måder at transmittere beskeder på på en måde, der er modstandsdygtig over for forsøg på at trykke på kilden, ved hjælp af emittere konstrueret fra en enkelt fotonisk lyskilde så lille og så indviklet kodet, at de praktisk talt ikke kan detekteres.

I biokemi, forskere ser på at lave aktuatorer - "guldsandwich" med et polymerfyld, som kunne svømme gennem blodbanen, indsamling af information, der kan bruges til at informere medicinske tilgange til menneskelig sygdom.

Dissekere og rekonstruere strukturer i tre dimensioner kan tage et spørgsmål om minutter eller timer, afhængig af mængden af ​​det materiale, der undersøges. Dualbeam har også en automatiseringsfunktion, som giver forskere mulighed for at programmere den til at udføre operationelle opgaver, frigøre dem til at fortsætte med noget andet. Dr. Scott sammenligner det med et mangefacetteret køkkenhjælpemiddel:"Denne maskine klarer stort set alle de udskæringer og terninger, så du kan koncentrere dig om at lave et virkelig fantastisk måltid."

Dr. Scott er ivrig efter at opsøge andre samarbejder, der vil teste grænserne for enhver disciplin og sætte materialer og dette nye værktøj gennem dets hastigheder:"Dualbeam-instrumentet er et tydeligt eksempel på universitetets engagement i banebrydende udviklinger inden for forskning. Hvis vi skal være førende i Storbritannien og internationalt med hensyn til forskning, er vi nødt til at skubbe grænserne for, hvad der er teknisk muligt, og dette nye stykke udstyr vil helt sikkert gøre os i stand til at gøre det."