Войти
Эволюция пространственного разрешения, достигнутая с помощью оптических, просвечивающих (ПЭМ) и электронных микроскопов с коррекцией аберраций (ACTEM). Просвечивающий электронный микроскоп с коррекцией аберраций (TEAM ) - это совместный исследовательский проект четырех американских лабораторий и двух компаний. Основное направление деятельности проекта - разработка и применение просвечивающего электронного микроскопа (ТЕМ) с пространственным разрешением ниже 0,05 нанометров, что примерно вдвое меньше атома водорода..
Проект базируется на Национальной лаборатории Лоуренса Беркли в Беркли, Калифорния и включает Аргоннскую национальную лабораторию, Национальную лабораторию Ок-Ридж и Лаборатория исследования материалов Фредерика Зейтца в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, а также FEI и компании CEOS, при поддержке США. Министерство энергетики. Проект стартовал в 2004 году; Операционный микроскоп был построен в 2008 году, и в 2009 году было достигнуто целевое разрешение 0,05 нм. Микроскоп является совместно используемым устройством, доступным для внешних пользователей.
Давно известно, что наилучшее достижимое пространственное разрешение оптического микроскопа, то есть наименьший элемент, который он может наблюдать, составляет порядка длина волны света λ, составляющая около 550 нм для зеленого света. Один из способов улучшить это разрешение - использовать частицы с меньшим λ, например, высокоэнергетические электроны. Практические ограничения устанавливают удобную энергию электронов 100–300 кэВ, что соответствует λ = 3.7–2.0 pm. Разрешение электронных микроскопов ограничено не длиной волны электронов, а внутренними недостатками электронных линз. Они называются сферическими и хроматическими аберрациями из-за их сходства с аберрациями в оптических линзах. Эти аберрации уменьшаются путем установки в микроскоп набора специально разработанных вспомогательных «линз», которые называются корректорами аберраций.
TEAM основана на коммерческом электронном FEI Titan 80–300. микроскоп, который может работать при напряжениях от 80 до 300 кэВ, как в режиме ПЭМ, так и в режиме сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). Чтобы минимизировать механические колебания, микроскоп расположен в отдельном помещении в звукоизолированном корпусе и управляется дистанционно. Источником электронов является автоэмиссионная пушка типа Шоттки с относительно низким энергетическим разбросом 0,8 эВ при 300 кэВ. Чтобы уменьшить хроматические аберрации, этот разброс дополнительно снижается до 0,13 эВ при 300 кэВ и 0,08 эВ при 80 кВ с использованием монохроматора типа с фильтром Вина . И осветительная линза, которая расположена над образцом и обычно называется конденсорной линзой , и собирающая линза (называемая линзой объектива ) оснащены корректорами сферической аберрации пятого порядка.. Электроны дополнительно фильтруются по энергии фильтром GIF и обнаруживаются камерой CCD. Фильтр позволяет отбирать электроны, рассеянные конкретными химическими элементами, и таким образом идентифицировать отдельные атомы в исследуемом образце.
TEAM была протестирована на различных кристаллических твердых телах, разделяя отдельные атомы в GaN ([211] ориентация ), германий ([114]), золото ([111]) и другие, и достижение пространственного разрешения ниже 0,05 нм (около 0,045 нм). На изображениях графена - одного листа графита - можно было наблюдать не только атомы, но и химические связи. Внутри микроскопа был записан фильм, показывающий прыжки отдельных атомов углерода вокруг отверстия, пробитого в листе графена. Аналогичные изображения, на которых различаются атомы углерода и связи между ними, были независимо получены для пентацена - плоской органической молекулы, состоящей из пяти углеродных колец - с использованием совершенно другой техники микроскопии, атомно-силовой микроскопии (АСМ). В АСМ атомы исследуются не электронами, а острым вибрирующим наконечником.
