Mikroskopia elektronowa – rozdzielczość rzędu pikometra

Mikroskopia elektronowa – rozdzielczość rzędu pikometra

Niemieckim naukowcom za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego udało się zmierzyć odległości międzyatomowe rzędu kilku pikometrów. Otwiera to nowe możliwości w projektowaniu materiałów atom po atomie.

Zespół naukowców z Ernest Ruska-Centre w Juliach pod przewodnictwem Knuta Urbana za pomocą specjalnych metod optyki elektronowej zmierzył przesunięcia atomów w sieci krystalicznej rzędu kilku pirometrów. Jest to jedno z zwieńczeń 10 lat pracy zespołu nad soczewkami z korekcją aberracji dla mikroskopów elektronowych.

Badając nadprzewodnik YBa2Cu3O7 naukowcom udało się określić konfigurację atomów w ortogonalnej sieci krystalicznej na granicy ziaren. Na bazie zdjęć z mikroskopu elektronowego zrobionych w różnych warunkach fizykom udało się obliczyć funkcje falowe elektronów, które posłużyły do określenia dokładnych pozycji atomów.

Okazało się, że stosunkowo ciężkie atomy takie jak itr, bar, miedź ulegają przesunięciu w sieci krystalicznej na granicach ziaren. Przesunięcia te mają też wpływ na pozycję lżejszych atomów tlenu. Zjawisko to zmniejsza przewodność prądu elektrycznego przez nadprzewodniki, utrudniając ich szerokie zastosowanie w energetyce, przemyśle.

Za pomocą mikroskopu elektronowego naukowcy zbadali również związek PbZr0.2Ti0.8O3 pod kątem właściwości ferroelektrycznych. Związek ten używany jest w kartach chipowych do gromadzenia informacji. Dzięki odpowiedniej metodzie pomiaru transmisyjnym mikroskopem elektronowym udało się określić przesunięcia w sieci krystalicznej, a co za tym idzie zmiany w lokalnej polaryzacji, mające fundamentalne znaczenie w zjawisku ferroelektryzmu.

Więcej na ten temat można przeczytać w najnowszym numerze czasopisma Science (25 lipiec br.) w artykule Knuta Urbana: Studying Atomic Structures by Aberration-Corrected Transmission Electron Microscopy.