پالس های الکترونی سفارشی برای میکروسکوپ الکترونی پیشرفته

میکروسکوپ های الکترونی نماهای منحصر به فردی از ساختارهای نانومقیاس ارائه می دهند، اما قدرت تفکیک آنها توسط دافعه الکترونی محدود می شود. اکنون محققان در گوتینگن توانسته اند تأثیر این تعاملات را به طور دقیق اندازه گیری کنند. آنها “اثرانگشت انرژی” را کشف کردند که در آن توزیع سرعت الکترون مشخصه اعداد مربوط به آنها است. این کشف به تیم اجازه داد تا روشی را توسعه دهند که می تواند عملکرد میکروسکوپ های الکترونی ایجاد شده را افزایش دهد و رابط جدیدی بین میکروسکوپ الکترونی و فناوری کوانتومی باز کند.

درک ما از پدیده‌های نانومقیاس عمدتاً مبتنی بر کارایی میکروسکوپ مدرن است. به عنوان مثال انتقال میکروسکوپ های الکترونی این روزها به طور معمول به وضوح اتمی دست پیدا می کنند. در این میکروسکوپ‌ها، الکترون‌ها از طریق یک جسم مورد مطالعه فرستاده می‌شوند تا تصویری تولید کنند – در برخی قیاس به یک میکروسکوپ نوری. به این ترتیب، میکروسکوپ های الکترونی می توانند ساختارهای مولکولی، آرایش اتمی در جامدات و شکل نانوذرات را تجسم کنند.

با این حال، کنتراست و وضوح میکروسکوپ های الکترونی، از جمله، به دلیل برهمکنش بین الکترون ها محدود می شود: وقتی دو الکترون به یکدیگر نزدیک می شوند، به دلیل نیروی کولن یکدیگر را دفع می کنند. این حداکثر روشنایی قابل استفاده یک پرتو الکترونی را محدود می کند. محققان به سرپرستی کلاوس روپرز، مدیر انستیتوی ماکس پلانک (MPI) برای علوم چند رشته‌ای، قبلا دافعه بین تک تک الکترون‌ها را حل و بررسی کرده‌اند. میکروسکوپ برای اولین بار. آنها با استفاده از بینش های جدید، روش هایی را توسعه دادند که از این دافعه بین ذره ای بهره برداری می کند.

الکترون ها شمارش شد

الکترون‌های پرتو به‌طور تصادفی توزیع می‌شوند. رودولف هایندل، نویسنده اول این مطالعه می‌گوید، بنابراین، نادرستی‌های معرفی‌شده توسط نیروهای کولن قابل کنترل نیست. به تازگی منتشر شده در فیزیک طبیعی.

اما زمانی که فیزیکدانان از لیزر برای تولید الکترون به شکل پالس های فوق کوتاه استفاده می کنند، بسته هایی از دو، سه یا چهار الکترون نیز ایجاد می کنند. این الکترون ها به شدت در فضا و زمان محصور هستند به طوری که با یکدیگر برهم کنش می کنند. با استفاده از یک طیف‌سنج و یک آشکارساز مبتنی بر رویداد، تبادل انرژی بین الکترون‌ها در یک پالس قابل مشاهده است.

هایندل خاطرنشان می کند: بسته به تعداد الکترون ها در پالس، الکترون ها یکدیگر را به درجات مختلف دفع می کنند – این به ما امکان می دهد اثر انگشت انرژی را برای تعداد الکترون های پالس تعیین کنیم.

فرصت های تازه

بر اساس یافته های خود، این تیم طرح های جدیدی برای استفاده از حالت های چند الکترونی در میکروسکوپ های الکترونی ایجاد کردند. ما رویه‌ای ایجاد کرده‌ایم که به ما امکان می‌دهد در آینده پالس‌های الکترونی با تعداد ثابتی از الکترون‌ها تولید کنیم. این می‌تواند عملکرد میکروسکوپ‌های الکترونی را در تحقیقات پایه و کاربردهای فناوری، به عنوان مثال در تولید نیمه هادیآرمین فیست، نویسنده و فیزیکدان تیم Ropers توضیح می دهد.

روپرز، کارگردان ماکس پلانک می‌افزاید: «علاوه بر مفاهیمی که برای میکروسکوپ الکترونی و لیتوگرافی وجود دارد، ما معتقدیم که الکترون‌ها از نظر مکانیکی کوانتومی «درهم» هستند و به روش کوانتومی خاصی به هم متصل شده‌اند، که رابط جدیدی بین میکروسکوپ الکترونی و فناوری کوانتومی”