„Diamentowa" powłoka poprawia zdjęcia z mikroskopu elektronowego

Powłoka o strukturze krystalicznej podobnej do diamentu znacznie poprawia jakość zdjęć z mikroskopu elektronowego – twierdzą naukowcy z SLAC National Accelerator Laboratory i Uniwersytetu Stanforda w USA. W ten sposób udało się trzykrotnie poprawić jakość zdjęć emisyjnego mikroskopu fotoelektronowego (PEEM) służącego do analiz struktury powierzchni, wiązań chemicznych i właściwości magnetycznych materii.

W mikroskopie PEEM intensywne światło ultrafioletowe i promienie rentgenowskie kierowane są na badaną próbkę, co powoduje emisję elektronów z warstw bliskich powierzchni materiału, które są następnie rejestrowane i tworzony jest z nich obraz. Podczas analizy wysoka energia promieni X powoduje emisję elektronów o szerokim zakresie energii, co ogranicza rozdzielczość obrazu. Można to w jakimś stopniu zniwelować używając skomplikowanych układów elektronicznych. Lepszym sposobem jest użycie specjalnej powłoki do pokrycia próbki.

Wcześniejsze badania laboratoryjne pokazały, że diamentoidy, składające się z 10 i więcej atomów węgla ułożonych identycznie jak w diamencie, są bardzo dobrym emiterem elektronów. Diamentoidy znane są od lat 30, kiedy znaleziono je w wielu złożach ropy naftowej i gazu ziemnego, przy tym są one stosunkowo tanie i łatwo dostępne.

Przykładem wykorzystania diamentoidów jest pokrycie stopu kobaltu z platyną o właściwościach magnetycznych pojedynczą warstwą ich kryształów, co znacznie poprawiło rozdzielczość obrazu mikroskopowego – rozmiary najmniejszego rozpoznawalnego fragmentu zmalały z 25 do 10 nanometrów. Diamentoidy przechwytują elektrony emitowane z próbki, a następnie ponownie je emitują w wąskim zakresie energetycznym, dzięki czemu można je łatwo skupić. Rozdzielczość rzędu 10 nanometrów pozwala na analizę ścian domen, czyli krytycznych obszarów magnetycznie zorientowanych w materiałach ferromagnetycznych i ferroelektrycznych.

Taki sposób modyfikacji próbki pozwala ponadto na ograniczenie czasu analizy, co przy wysokich energiach promieniowania X ogranicza możliwość degradacji próbek materiału organicznego takiego jak polimery. Naukowcy uważają, że diamentoidy mogą również poprawić jakość obrazów pochodzących ze skaningowych mikroskopów elektronowych oraz procesów nanolitografii.

(pj)