محققان در موسسه ملی استاندارد و فناوری (NIST) و همکارانش توسعه داده اند یک راه برای مقاوم سازی انتقال الکترون میکروسکوپ — دیرینه علمی یابو برای ساخت ترد میکروسکوپی تصاویر — به طوری که آن را می توانید با کیفیت بالا, فیلم فوق العاده سریع در فرآیندهای اتمی و مولکولی در مقیاس. سازگار با الکترون میکروسکوپ های قدیمی و جدید, مقاوم سازی به وعده فعال بینش تازه به همه چیز از میکروسکوپی ماشین آلات برای نسل بعدی تراشه های کامپیوتری و بیولوژیکی بافت با ساخت این فیلمسازی قابلیت بیشتر به طور گسترده ای در دسترس به آزمایشگاه در همه جا.

“ما می خواهیم که قادر به همه چیز نگاه در علم مواد است که واقعا اتفاق می افتد به سرعت گفت:” نیست دانشمند ژوئن لاو. او در گزارش اولین proof-of-concept بهره برداری از این تعمیرات اساسی طراحی با همکاران خود در این مجله نقد و بررسی از ابزار علمی. تیم طراحی مقاوم سازی می شود مقرون به صرفه add-on به ابزار موجود. “این انتظار می رود کسری از هزینه یک میکروسکوپ الکترونی,” او گفت:.

نزدیک به 100 سال از اختراع میکروسکوپ الکترونی باقی مانده است یک ابزار ضروری در بسیاری از آزمایشگاه های علمی. یک نسخه محبوب شناخته شده به عنوان انتقال میکروسکوپ الکترونی (TEM) که آتش سوزی الکترون ها از طریق یک هدف نمونه برای تولید یک تصویر. نسخه های مدرن از این میکروسکوپ می تواند اشیاء به اندازه 50 میلیون بار. میکروسکوپ الکترونی کمک کرده اند برای تعیین ساختار ویروس ها تست عملکرد کامپیوتر مدارات و آشکار اثربخشی داروهای جدید.

“میکروسکوپ الکترونی می تواند نگاه بسیار چیزهای کوچک در مقیاس اتمی,” Lau گفت. “آنها بزرگ است. اما از لحاظ تاریخی آنها نگاهی به چیزهایی که ثابت هستند در زمان. آنها خوب نیست در مشاهده اهداف متحرک,” او گفت:.

در 15 سال گذشته لیزری به کمک میکروسکوپ الکترونی ساخته شده ویدئوها امکان پذیر است اما چنین سیستم هایی شده اند پیچیده و گران است. در حالی که این تنظیم می توانید ضبط وقایع است که گذشته از nanoseconds (billionths دوم) به femtoseconds (quadrillionths دوم) یک آزمایشگاه باید اغلب خرید های جدیدتر میکروسکوپ به جای این قابلیت و همچنین به عنوان یک متخصص لیزر با مجموع سرمایه گذاری است که می تواند اجرا به میلیون ها دلار. یک آزمایشگاه نیز باید در خانه لیزر-فیزیک تخصص برای کمک به راه اندازی و راه اندازی چنین سیستم.

“نه هر کس که ظرفیت” Lau گفت.

در مقابل, مقاوم سازی را قادر می سازد TEMs در هر سنی را با کیفیت بالا در مقیاس picoseconds (trillionths دوم) با استفاده از یک نسبتا ساده “پرتو هلی کوپتر.” در اصل پرتو هلی کوپتر می تواند در هر سازنده گذاره. برای نصب آن نیست محققان باز میکروسکوپ ستون به طور مستقیم تحت الکترون منبع قرار دادن پرتو هلی کوپتر و نزدیک میکروسکوپ دوباره. لاو و همکاران خود را با موفقیت به تعمیرات اساسی سه TEMs از قابلیت های مختلف ،

مانند یک چرخشنما این پرتو هلی کوپتر منتشر دقیقا بهنگام پالس از الکترون ها است که می تواند ضبط فریم از مهم تکرار یا چرخهای فرآیندهای.

“تصور کنید یک چرخ و فلک است که حرکت در یک دوره ای و تکرار راه” Lau گفت. “اگر ما در حال ضبط آن را با یک دوربین پین هول آن را نگاه تار. اما ما می خواهیم برای دیدن فرد اتومبیل. من می توانم قرار دادن یک شاتر در مقابل دوربین پین هول طوری که سرعت شاتر منطبق بر حرکت چرخ. ما می توانیم زمان شاتر برای باز کردن در هر زمان تعیین شده ماشین می رود به بالا. در این راه من می تواند یک پشته از تصاویر است که نشان می دهد هر یک از ماشین در بالای چرخ و فلک” او گفت:.

مانند نور شاتر پرتو هلی کوپتر قطع مداوم پرتو الکترونی. اما بر خلاف شاتر که دارای یک دیافراگم که با باز و بسته این پرتو دیافراگم باز باقی می ماند در همه زمان ها, از بین بردن نیاز به یک مجموعه قسمت های مکانیکی.

به جای پرتو هلی کوپتر تولید یک فرکانس رادیویی (RF) موج الکترومغناطیسی در جهت پرتو الکترونی. این موج باعث می شود سفر الکترون به رفتار “مانند چوب پنبه بستن bobbing بالا و پایین بر روی سطح آب موج” Lau گفت.

سوار این موج الکترون دنبال موجدار مسیر آنها به عنوان رویکرد دیافراگم. ترین الکترون ها مسدود هستند به جز آنهایی که کاملا تراز وسط قرار دارد با دیافراگم. فرکانس RF موج موزون به طوری که الکترون آمار نمونه در هر نقطه از 40 میلیون به 12 میلیارد بار در هر ثانیه. به عنوان یک نتیجه محققان می توانید فرآیندهای مهم در نمونه ها در فواصل زمانی از حدود یک nanosecond به 10 picoseconds.

در این راه نیست-مجهز میکروسکوپ می تواند جذب اتم در مقیاس جزئیات عقب و جلو حرکت در ماشین آلات مانند microelectromechanical systems (MEMS) و nanoelectromechanical systems (NEMS). آن را به طور بالقوه می تواند مطالعه به طور منظم تکرار سیگنال های آنتن استفاده می شود برای سرعت بالا در ارتباطات و پروب حرکت جریان الکتریکی در نسل بعدی پردازنده رایانه.

در یک نسخه ی نمایشی محققان می خواست ثابت کند که مجهز میکروسکوپ عمل آن را به عنوان قبل از مقاوم سازی. آنها تصویربرداری از نانوذرات طلا در هر دو سنتی “مستمر” و حالت پالس پرتو حالت. تصاویر در حالت پالس به حال در مقایسه با شفافیت و وضوح برای تصاویر ثابت.

“ما آن را طراحی شده پس باید آن را همان” Lau گفت.

پرتو هلی کوپتر همچنین می توانید انجام دو وظیفه پمپاژ RF انرژی به مواد نمونه و سپس گرفتن عکس از نتایج. محققان نشان داده این توانایی با تزریق مایکروویو (یک شکل موج رادیویی) به یک متالیک شانه شکل گرفته MEMS دستگاه. مایکروویو ایجاد میدان الکتریکی در داخل MEMS دستگاه و علت ورودی پالس از الکترون ها برای منحرف کردن. این الکترون خیز دال فعال محققان برای ساخت فیلم از مایکروویو تبلیغ از طریق MEMS شانه.

لاو و همکاران او امید خود را اختراع می تواند به زودی اکتشافات جدید علمی. برای مثال آن می تواند رفتار به سرعت در حال تغییر میدان مغناطیسی در مقیاس مولکولی دستگاه های حافظه است که وعده برای ذخیره اطلاعات بیشتر نسبت به قبل.

محققان شش سال را صرف اختراع و توسعه خود را در پرتو هلی کوپتر و دریافت چندین اختراع ثبت شده و یک R&D 100 Award برای کار خود را. نویسندگان در این کار شامل آزمایشگاه ملی بروکهیون در میشیگان و نیویورک و اقلیدس Techlabs در Bolingbrook, Illinois.

یکی از چیزهایی که باعث می شود لاو ترین افتخار است که طراحی خود را می توانید نفس کشیدن زندگی جدید به هر TEM از جمله 25 ساله واحد که انجام آخرین تظاهرات. این NIST طراحی به آزمایشگاه در همه جا بالقوه خود را به استفاده از میکروسکوپ برای گرفتن مهم حرکت سریع فرآیندهای در فردا مواد.

“دموکراتیزه کردن علم بود و تمام انگیزه” Lau گفت.

tinyurlis.gdv.gdv.htu.nuclck.ruulvis.netshrtco.detny.im