В Центре функциональных наноматериалов Брукхейвенской национальной лаборатории запущен сканирующий просвечивающий электронный микроскоп с разрешением, в 200 раз превышающим показатели существующих приборов. Оборудование предназначено для исследований в области аккумуляторов, полупроводников и квантовых материалов.
Система монохроматора обеспечивает энергетическое разрешение, в 200 раз превышающее стандартные показатели для электронных микроскопов. Это позволяет проводить энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию с импульсным разрешением и регистрировать квазичастицы — фононы, магноны, плазмоны и коллективные электронные возбуждения, отвечающие за теплопроводность, магнитный отклик и оптическое взаимодействие материалов.
Пара детекторов вторичных электронов формирует изображения верхней и нижней поверхностей образца одновременно с атомарным разрешением. Для каталитических систем это дает возможность сравнивать морфологию сторон до и после реакции, отслеживая структурную деградацию и перераспределение активных центров.
Переработанная колонна микроскопа расширила энергетический диапазон спектроскопии потерь энергии электронами (EELS) более чем в пять раз. Диапазон перекрывает области мелкой и глубокой структуры краев поглощения, что позволяет определять степени окисления, локальное координационное окружение и характер химической связи — например, отслеживать эволюцию катодных материалов в циклах заряда-разряда.
Прибор работает при 20 кэВ (типовой диапазон — 100–300 кэВ). Уменьшение энергии первичного пучка повышает рассеивающую способность и радиационную стойкость: повреждение чувствительных образцов минимизируется, что критически важно для двумерных структур толщиной в один-два атомных слоя.
Программная оболочка на Python поддерживает удаленное управление и открывает путь к автоматизированной микроскопии с обратной связью по машинному обучению. В ближайшее время в CFN планируется ввод второго аналогичного прибора.
Прибор найдет применение в разработке высокоемких аккумуляторов, энергоэффективных микросхем, новых каталитических систем и компонентов для квантовых компьютеров. Инструмент особенно востребован для изучения двумерных материалов, которые считаются основой для посткремниевой электроники. В перспективе микроскоп поможет усовершенствовать технологии хранения энергии, повысить эффективность топливных элементов и ускорить создание квантовых процессоров.
Читайте также: Большой адронный коллайдер воссоздал условия ранней Вселенной в столкновениях легких ядер.