Ny mikroskopiteknik forbedrer billeddannelsen på atomare skala

(Phys.org) —Når der tages billeder på atomær skala, selv små bevægelser af prøven kan resultere i skæve eller forvrængede billeder - og disse bevægelser er praktisk talt umulige at forhindre. Nu har mikroskopiforskere ved North Carolina State University udviklet en ny teknik, der tager højde for den bevægelse og eliminerer forvrængning fra det færdige produkt.

Det drejer sig om scanningstransmissionselektronmikroskoper (TEM'er), som kan fange billeder af et materiales individuelle atomer. For at tage disse billeder, forskere skal tillade en sonde at scanne hen over prøveområdet - som har et areal på mindre end fem nanometer. Denne scanning kan tage snesevis af sekunder.

Prøven hviler på en støttestang, og mens scanningen finder sted, udvider eller samler stangen sig på grund af subtile ændringer i omgivelsestemperaturen. Stavens udvidelse eller sammentrækning er umærkelig for det blotte øje, men fordi prøvearealet måles i nanometer, får stangens bevægelser prøvematerialet til at forskyde sig lidt. Denne såkaldte "drift" kan forårsage, at de resulterende TEM-scanningsbilleder bliver væsentligt forvrænget.

"Men vores tilgang eliminerer effektivt effekten af ​​drift på scanning af TEM-billeder, " siger Dr. James LeBeau, en assisterende professor i materialevidenskab og teknik ved NC State og seniorforfatter til et papir, der beskriver arbejdet.

Forskere programmerede mikroskopet til at rotere den retning, hvori det scanner prøven. For eksempel, det kan først tage et billede, der scanner fra venstre mod højre, tag derefter en scanning fra top til bund, derefter højre mod venstre, derefter fra bund til top. Hver scanningsretning fanger forvrængning forårsaget af drift fra et andet udsigtspunkt.

Forskerne tilslutter disse billeder til et program, de har udviklet, der måler funktionerne i hvert billede og bruger disse data til at bestemme den præcise retning og omfang af drift i prøven. Når afdriften er kvantificeret, billederne kan justeres for at fjerne forvrængning forårsaget af driften. De resulterende billeder repræsenterer nøjagtigt prøvens faktiske struktur og giver videnskabsmænd nye muligheder for at forstå bindinger mellem atomer.

"Historisk set, et stort problem med drift har været, at du skal have et referencemateriale i ethvert nanoskalabillede, så du kan se, hvordan billedet er blevet forvrænget, "Siger LeBeau." Denne teknik gør det unødvendigt. Det betyder, at vi nu kan se på helt ukendte prøver og opdage deres krystallinske strukturer - hvilket er et vigtigt skridt i at hjælpe os med at kontrollere et materiales fysiske egenskaber."