Anfang von MANNSCHAFT 0.5, das beste Mikroskop der Welt

Nun da Grundsysteme der MANNSCHAFT 0.5's betrieblich sind, werden zusätzliche Bestandteile und Anlagen, einschließlich eine Entwicklungssteuerraumanzeige abgeschlossen und abgestimmt, die die Probe unter dem Mikroskop auf einem Flachbildschirm zeigt, der einem mit großem Bildschirm, Hochauflösungs-Fernsehapparat ähnelt. Nach einer langen Reihe rigorosen Tests und Justagen, wird MANNSCHAFT 0.5 für externe Benutzer bis zum Oktober, 2008 vorhanden.

Atom durch Atom in 3-D

In den Vorversuchen an FEI Company, bevor die MANNSCHAFT 0.5 versendet wurde, prüfte christliches Kisielowski NCEMS die Fähigkeit des Mikroskops, einzelne Atome zu lösen und ihre Positionen in drei Maßen genau zu lokalisieren. Er bildete eine Reihe von den Bildern von zwei Goldkristallen, die durch ein „nanobridge“ nur einige Atome Dutzend breit angeschlossen wurden. Von jeder Belastung durch die folgenden, einzelnen Goldatome gesehene konnte das Ändern Positionen sein.

Um diese außerordentliche Entschließung zu erzielen, stellt MANNSCHAFT 0.5 technische Fortschritte die erst vor kurzem, einschließlich ultra-stable Elektronik, verbesserte Abweichungskorrektoren möglich geworden sind, und eine extrem helle Elektronquelle dar.

Kugelförmige Abweichung vermindert die Bilder und bildet Punkte hellen von aussehen wie Scheiben, und die Korrektur sie kann drastische Verbesserungen zur Bildentschließung bilden. (Dieses wurde berühmt 1993 demonstriert, als kugelförmige Abweichung in den optischen Objektiven des Hubble Weltraumteleskops in einer speziellen Raumfahrtmission. behoben wurde) Im Falle der Elektronenmikroskope formt eine Reihe magnetische Multipolobjektive der unterschiedlichen Geometrie den Elektronenstrahl.

„Kugelförmige Abweichung in einem Elektronenmikroskop zu beheben ist lang in der Theorie möglich gewesen,“ sagt Dahmen. „Aber erst lässt es vor kurzem praktisch werden, weil heutige beständige Elektronik Antrieb verringern und schnelle Computer erlauben ununterbrochene Justagen in der Realzeit.“ Korrektortechnologie ist sogar Handels-, sagt Dahmen vorhanden geworden, „aber keinen ab Lagerkorrektor kann Fähigkeit der MANNSCHAFT 0.5's zusammenbringen, sogar höherer Ordnungabweichungen auszugleichen.“

Die Korrektur der kugelförmigen Abweichung macht es möglich, die MANNSCHAFT 0.5 nicht nur für Ausgedehntlichtstrahl, „Weitwinkel“ Bilder aber auch für ScannenTransmissions-Elektronenmikroskopie zu benutzen (STEM), in der der fest fokussierte Elektronenstrahl über die Probe als Prüfspitze verschoben wird, fähig zu Spektroskopie auf einem Atom - eine ideale Weise, Verunreinigungen in einer anders homogenen Probe, wie einzelnen Dopantatomen genau zu lokalisieren in einem Halbleitermaterial auf einmal durchführen.

Abweichungskorrektur ist auch für eine andere vorgerückte Eigenschaft von MANNSCHAFT 0.5 wesentlich: seine Fähigkeit, hohe Entschließung mit niedrigerer Elektronenstrahlenergie beizubehalten.

„Elektronen der niedrigen Energie haben längere Wellenlängen, also sind sie härter zu fokussieren,“ Dahmen erklären. „Abweichungskorrektur lässt besser als EinAngstromentschließung mit ausgezeichnetem Kontrast sogar bei 80 KV. Dieses ist wichtig, wenn Sie nicht die Probe mit einem energiereichen Lichtstrahl - in den biologischen Studien beschädigen möchten, z.B.“

Es ist nicht gerade hohe Entschließung, die MANNSCHAFT 0.5 das beste Mikroskop der Welt bildet, Dahmen sagt. Wenn alle Elektronen im Lichtstrahl an der gleichen Fläche fokussieren, verbessern Bildkontrast und störsignalisierendes Verhältnis ungeheuer.

„Es ist, weil das störsignalisierende Verhältnis so gut, dass Sie Fokusatom durch Atom justieren können, mit genügender Empfindlichkeit ist, Informationen über die dreidimensionale Atomstruktur eines einzelnen nanoparticle einzuholen.“ Dahmen fügt, „dieses holt uns innerhalb der Reichweite der Annahme der großen Herausforderung hinzu, die vom berühmten Physiker Richard Feynman 1959 dargestellt wird: die Fähigkeit, irgendeine chemische Substanz durch das Schauen einfach zu analysieren, zum zu sehen, wo die Atome sind.“

Die Position der einzelnen Atome in einer Struktur kann festgestellt werden, indem man Bilder in den verschiedenen Winkeln, von denen der Computer einen 3-D Tomographen der Probe wieder aufbaut, wie in einem CAT-Scan nimmt. Zu ein erfinderisches System dieses zu ermöglichen, das zum Kippen und zum Drehen der Probe und sie zu hochschieben fähig ist, werfen oder seitlich unter dem Elektronenstrahl, auch sich entwickelt an NCEM nieder.

Viel kleiner als die gebräuchlichen jetzt probieren Stadien, die neue MANNSCHAFT, die Stadium völlig innerhalb der Mikroskopspalte untergebracht wird. Die Probe durch solche Methoden wie minuziöse piezoelektrische „Gleisketten“ manipulierend, die sich verformen, wenn Elektrizität angewandt ist, ist das neue Stadium, die Position und Haltung des Beispiel mit einer Genauigkeit von kleiner als billionth eines Messinstruments zu steuern und zu reproduzieren.

Installation des neuen Stadiums muss die folgende Phase des MANNSCHAFT Projektes erwarten: das Mikroskop der MANNSCHAFT I, passend, an NCEM früh 2009 gegründet zu werden.

Während MANNSCHAFT 0.5 kugelförmige Abweichung in beiden der „Prüfspitzen“ Lichtstrahl (der Elektronenstrahl, bevor er die Probe schlägt) und der Bildlichtstrahl behebt (nach ihm nimmt die Probe, aber heraus, bevor sie den Detektor erreicht), MANNSCHAFT behebe ich auch chromatische Abweichung im Bildlichtstrahl, der nie, hat erreichtes vorher beeen. Kugelförmige Abweichung wird durch die Form eines Objektivs verursacht; chromatische Abweichung resultiert, wenn ein Objektiv Licht oder Elektronen der verschiedenen Wellenlängen (unterschiedliche Farben oder Energie) in den verschiedenen Winkeln bricht.

„Chromatische Abweichung zu beheben ist härter und nimmt mehr Raum,“ sagt Dahmen. „Der Korrektor der chromatischen Abweichung fügt zwei Fuß der Höhe der Spalte der MANNSCHAFT I hinzu. Aber die neue Konfiguration erlaubt uns auch, den Abstand zwischen den Pfostenstücken zu vergrößern, in die die Probe passt. In MANNSCHAFT 0.5 ist dieser Abstand nur ungefähr zwei Millimeter, also müssen wir traditionelle Außenseite-angebrachte Beispielstadien, mit begrenztem Raum benutzen, um die Probe zu manipulieren. In der MANNSCHAFT sind I der Abstand fünf Millimeter; das Beispielstadium hat viel grössere Bewegungsfreiheit.“

Neue Vistas im Reich vom kleinen

MANNSCHAFT 0.5 und MANNSCHAFT werde besetze ich nebeneinander an NCEM eine Zeitlang untergebracht und die zwei mehrstöckigen „Silos“, die bis vor kurzem die Häuser des historischen Hochspannungselektronenmikroskops und des Atomentschließung-Mikroskops waren, die leistungsfähigsten Mikroskope in der Welt, als NCEM in den frühen 80er-Jahren hergestellt wurde.

Jene Mikroskope an ihrem Tag so ehrgeizig auch waren, sagt Projektleiter der MANNSCHAFT, Peter Denes der Technik-Abteilung, „, als das MANNSCHAFT Projekt 2004 gestartet wurde, es war nicht ziemlich frei, wenn die Ziele sogar erzielt werden konnten. Die Elektronenmikroskopiegemeinschaft hatte getan nie ein kooperatives Projekt wie MANNSCHAFT vor und zweifellos nicht mit voller DAMHIRSCHKUH Projektmanagement Härte.“

Sagt Denes, „möglicherweise der größte Mitwirkende zum Erfolg war eine Reihe wissenschaftliche Werkstätten, die zur Formung einer konvergierenden Ansicht beitrugen über, was die folgenden Schritte sein würden und was Erfolg festsetzen würde. Das half, wenn es jeder erhielt - wenn nicht durchaus auf der gleichen Seite - mindestens im gleichen Buch.“

Dahmen stimmt zu. „Dieses ist ein grosser Sprung für die Mikroskopiegemeinschaft. Erfolg der MANNSCHAFT öffnet die Tür zu anderen ehrgeizigen Entwicklungen um die Welt.“

Dahmen schlägt mindestens zwei ausgedehnte Kategorien Forscher vor, die von den leistungsfähigen neuen Elektronenmikroskopen profitieren: Experten mit den hoch entwickelten zu lösen Mikroskopieproblemen und Wissenschaftler weniger vertraut mit Elektronenmikroskopie aber mit einem bestimmten Problem, für das Mikroskopie die Antwort zur Verfügung stellen kann.

„Zum Beispiel, führt Jim Zuo an der Universität von Illinois Studien der Elektronbeugung von der Oberfläche der einzelnen nanoparticles durch,“ sagt Dahmen. „Er sieht Beweis der Oberflächenkontraktion. Aber, wenn wir an NCEM Darstellung der ähnlichen nanoparticles tun, finden wir, dass die Oberfläche erweitert. Jim freut sich, das MANNSCHAFT-Mikroskop zu verwenden weil es kann Beugung und Darstellung des gleichen Partikels gleichzeitig tun - ein großartiges Experiment und die einzige Weise, den offensichtlichen Widerspruch zu lösen.“

Ein Beispiel eines problemlösenden Nichtspezialisten, sagt Dahmen, konnte ein Materialwissenschaftler sein, der eine neue Art nanostructure, wie ein tetrapod Halbleiter verursacht und genau hat wissen muss, wo in dieser komplizierten, dreidimensionalen Form die Verunreinigungsatome liegen. „Fähigkeit der MANNSCHAFT zum Bild die Struktur in der 3-D durchgehenden Tomographie und seine Fähigkeit, Spektroskopie mit Einzelnatom Empfindlichkeit zu tun können jede Art Atom in jeder Position in der Struktur identifizierenen. Das ist gewesen nie möglich vorher.“

Die grundlegenden MANNSCHAFT-Bestandteile der Abweichungskorrektur, des erhöhten störsignalisierenden Verhältnisses, der Einzelnatom Empfindlichkeit und des ultrabright Lichtstrahls, der in TEM benutzt werden kann und STAMM-Modi - währenddessen, die Probe im Lichtstrahl manipulierend - sind Ziele, die bis vor kurzem am Rand des technologischen Trauens schienen. Alle sind auf Schiene und einige sind vorfristig gelöst worden. Der fortfahrende Erfolg des MANNSCHAFT Projektes, signalisiert durch die Installation von MANNSCHAFT 0.5 an NCEM, hat die Möglichkeit der zahlreichen zukünftigen Fortschritte in der Elektronenmikroskopie geöffnet, die kaum denkbar waren, als MANNSCHAFT gestartet wurde.

Das multi-Institutions-MANNSCHAFT-Projekt stellt eine neue Art verteilte Planung und Mitarbeit für die Elektronenmikroskopgemeinschaft dar, bewegt sich über den begrenzten, Zuwachsverbesserungen der einzelnen Forscher hinaus und spannt die Energie der Zusammenarbeit vor. Argonne nationales Laboratorium führt die Entwicklung des Chromatischabweichung Korrektors in enger Zusammenarbeit mit CEOs in Heidelberg. Die Universität Illinois Frederick Seitz des Material-Labors entwickelt gemeinsam das neue piezoelektrisch-kontrollierte Beispielstadium mit NCEM des Berkeley-Labors, und Ridge-nationales Laboratorium hilft, den neuen Prüfspitzenkorrektor zu optimieren. NCEM tritt als Projektleiter auf, um die einzelnen Bestandteile in einzelne Instrumente, in enger Zusammenarbeit mit allen weiteren MANNSCHAFT-Partnern zu integrieren. Das MANNSCHAFT Projekt wird durch das US-Energieministerium-Büro der Wissenschaft gestützt. Für mehr über das MANNSCHAFT Projekt, Besuch http://ncem.lbl.gov/TEAM-project/.

Berkeley-Labor ist ein US-Energieministerium-nationales Laboratorium, das in Berkeley, Kalifornien gelegen ist. Es leitet nicht klassifizierte wissenschaftliche Forschung und wird durch die Universität von Kalifornien gehandhabt. Unsere Web site bei http://www.lbl.gov besichtigen.