Поэтому использование электронов к изображению биологические или другие органические соединения, такие как химические смеси, которые включают литий – легкий металл, который является популярным элементом в исследовании батареи следующего поколения – требует очень низкой электронной дозы.Ученые из Отдела Национальной лаборатории Энерги’ска Лоуренса Беркли (Berkeley Lab) развивали новый метод отображения, проверенный на образцах наноразмерного золота и углерода, который значительно улучшает изображения легких элементов, используя меньше электронов.Недавно продемонстрированная техника, названная ОСНОВА MIDI, для подобранного освещения и ОСНОВЫ интерферометрии датчика, ОСНОВА объединений с оптическим устройством назвала пластину фазы, которая изменяет переменный пик к корыту, подобные волне свойства (названный фазой) электронного луча.
Эта пластина фазы изменяет электронный луч способом, который позволяет тонким изменениям в материале быть измеренными, даже разоблачающие материалы, которые были бы невидимы в традиционном отображении ОСНОВЫ.Другой основанный на электроне метод, который исследователи используют, чтобы определить подробную структуру тонких, замороженных биологических образцов, называют криоэлектронной микроскопией или КРИОИМИ. В то время как единственная частица КРИОИХ является мощным инструментом – это назвали как Метод Природы научного журнала 2015 года года – это, как правило, требует, чтобы взятие среднего числа по многим идентичным образцам было эффективным.
КРИОИХ обычно не полезно для изучения образцов со смесью тяжелых элементов (например, большинство типов металлов) и легких элементов как кислород и углерод.«Метод ОСНОВЫ MIDI обеспечивает надежду на наблюдение структур со смесью тяжелых и легких элементов, даже когда они связаны тесно вместе», сказал Колин Офус, координатор проекта из Молекулярного Литейного завода Berkeley Lab и ведущий автор исследования, опубликованного 29 февраля по своей природе Коммуникации, который подробно излагает этот метод.Если Вы берете наночастицу тяжелого элемента и добавляете молекулы, чтобы дать ей определенную функцию, обычные методы не обеспечивают легкий, ясный способ видеть области, где наночастица и добавленные молекулы встречаются.«Как они выровнены?
Как они ориентированы?» Офус спросил. «Есть столько вопросов об этих системах, и потому что не было способа видеть их, мы не могли непосредственно ответить на них».В то время как традиционная ОСНОВА эффективная для «твердых» образцов, которые могут противостоять интенсивным электронным лучам, и КРИОИХ может изображение биологические образцы, «Мы можем сделать обоих сразу» с методом ОСНОВЫ MIDI, сказал Питер Эркиус, научный сотрудник Berkeley Lab из Молекулярного Литейного завода и соавтор исследования.Пластина фазы в методе ОСНОВЫ MIDI позволяет прямую меру фазы электронов, которые слабо рассеяны, поскольку они взаимодействуют с легкими элементами в образце.
Эти измерения тогда используются, чтобы построить так называемые контрастные фазой изображения элементов. Без этой информации о фазе изображения с высоким разрешением этих элементов не были бы возможны.В этом исследовании исследователи объединили технологию пластин фазы с одной из ОСНОВ с самым высоким разрешением в мире на Молекулярном Литейном заводе Berkeley Lab и высокоскоростном электронном датчике.Они произвели изображения образцов прозрачных золотых наночастиц, которые измерили несколько миллимикронов через, и супертонкая пленка аморфного углерода, на котором сидели частицы.
Они также выполнили компьютерные моделирования, которые утвердили то, что они видели в эксперименте.Технология пластины фазы была разработана как часть гранта Целенаправленного исследования и развития Лаборатории Berkeley Lab в сотрудничестве с Беном Макморрэном в Университете Орегона.
Метод ОСНОВЫ MIDI мог оказаться особенно полезным для того, чтобы непосредственно рассмотреть наноразмерные объекты со смесью тяжелых и легких материалов, такие как некоторая батарея и материалы сбора и преобразования побочной энергии, которые в других отношениях трудно рассмотреть вместе в атомной резолюции.Это также могло бы быть полезно в раскрытии новых деталей о важных двумерных белках, названных белками Slayer, которые могли служить фондами для спроектированных наноструктур, но сложны, чтобы учиться в атомных деталях, используя другие методы.В будущем более быстрый, более чувствительный электронный датчик мог позволить исследователям изучать еще более тонкие образцы в улучшенной резолюции, выставив их меньшему количеству электронов за изображение.«Если Вы можете понизить электронную дозу, Вы можете наклонить чувствительные к лучу образцы во многие ориентации и восстановить образец в 3D, как медицинская компьютерная томография.
Есть также проблемы данных, которые должны быть решены», сказал Эркиус, поскольку более быстрые датчики произведут огромные объемы данных. Другая цель состоит в том, чтобы сделать технику большим количеством «Plug and Play», таким образом, это широко доступно для других ученых.Молекулярный Литейный завод Berkeley Lab – Офис САМКИ Научного Пользовательского Средства.
Исследователи из Университета Орегона, Gatan Inc. и Ульмского Университета в Германии также участвовали в исследовании.