அணு-தெளிவு எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளுக்கான லென்ஸை உருவாக்குதல்

எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகள், வைரஸ்கள், குறைக்கடத்தி சாதனங்களில் உள்ள நுண்ணிய கட்டமைப்புகள் மற்றும் ஒரு பொருளின் மேற்பரப்பில் அமைக்கப்பட்டிருக்கும் தனிப்பட்ட அணுக்கள் உட்பட வெற்றுக் கண்ணுக்கு மிகவும் சிறியதாக இருக்கும் விஷயங்களைக் காண ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு உதவுகிறது. அணுக்களின் அளவிற்கு எலக்ட்ரான்களை மையப்படுத்துவது உயர் இடஞ்சார்ந்த தீர்மானங்களை அடைவதற்கு முக்கியமானது. இருப்பினும், எலக்ட்ரான்கள் ஒரு மின்னியல் அல்லது காந்த-ஒளியியல் லென்ஸின் வழியாக செல்லும் போது, ​​துகள்களின் கதிர்கள் கவனம் செலுத்தும் கோணம் மற்றும் குவியத்தில் பரவியிருக்கும் கற்றைகள் பொறுத்து வெவ்வேறு குவிய நிலைகளை வெளிப்படுத்துகின்றன. இந்த “கோள மாறுபாட்டை” சரிசெய்வது விலை உயர்ந்தது மற்றும் சிக்கலானது, அதாவது தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட சில விஞ்ஞானிகள் மற்றும் நிறுவனங்கள் மட்டுமே அணு தீர்மானம் கொண்ட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளை வைத்திருக்கிறார்கள்.

டோஹுகு பல்கலைக்கழக ஆராய்ச்சியாளர்கள் மின்னியல் மற்றும் காந்தப்புலங்களுக்கு பதிலாக ஒளி புலத்தைப் பயன்படுத்தி எலக்ட்ரான் லென்ஸை உருவாக்க புதிய வழியை முன்மொழிந்துள்ளனர். ஒரு பாண்டெரோமோட்டிவ் விளைவு (ponderomotive force) மின்காந்த அலையில் செல்லும் எலக்ட்ரான்களை அதிக ஒளியியல் செறிவு உள்ள பகுதிகளிலிருந்து விரட்டுகிறது. இந்த நிகழ்வைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், டோனட் வடிவ ஒளிக்கற்றை, எலக்ட்ரான் கற்றையுடன் இணையாக வைக்கப்படும், மேலும் எலக்ட்ரான் கற்றை மீது கவனம் செலுத்தும் விளைவை உருவாக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது.

பெஸ்ஸல் அல்லது லாகுரே-காசியன் கற்றை எனப்படும் ஒரு பொதுவான டோனட் வடிவ ஒளிக்கற்றையால் உருவாக்கப்பட்ட ஒரு ஒளி புல எலக்ட்ரான் லென்ஸின் பண்புகளை ஆராய்ச்சியாளர்கள் கோட்பாட்டளவில் மதிப்பிட்டனர். குவிய நீளம் மற்றும் கோள மாறுபாடு குணகங்களுக்கான எளிய சூத்திரத்தைப் பெற்ற பிறகு, ஆராய்ச்சியாளர்களால் வழிகாட்டுதலை விரைவாக தீர்மானிக்க முடிந்தது.

ஒளி-புலம் லென்ஸ் மின்னியல் மற்றும் காந்த லென்ஸ்களை எதிர்க்கும் ஒரு “எதிர்மறை”, கோள மாறுபாட்டை உருவாக்குகிறது என்று சூத்திரங்கள் காட்டுகின்றன. பாரம்பரிய எலக்ட்ரான் லென்ஸின் “எதிர்மறை” கோள மாறுபாடு மற்றும் மேம்பட்ட ஒளி-புலம் எலக்ட்ரான் லென்ஸின் கலவையானது எலக்ட்ரான் கற்றை அளவை அணு அளவிற்குக் குறைத்தது.

“ஒளி-புல எலக்ட்ரான் லென்ஸ் வழக்கமான மின்னியல் மற்றும் காந்த எலக்ட்ரான் லென்ஸ்களில் காணப்படாத தனித்துவமான பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது” என்று தோஹோகு பல்கலைக்கழகத்தில் மேம்பட்ட பொருட்களுக்கான பல்துறை ஆராய்ச்சி நிறுவனத்தின் உதவி பேராசிரியரும் ஆய்வின் முதன்மை ஆசிரியருமான யுயுகி உசுகி கூறுகிறார். “ஒளி அடிப்படையிலான பிறழ்வு திருத்தியின் உணர்தல் அணு தீர்மானம் கொண்ட எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளுக்கான நிறுவல் செலவைக் கணிசமாகக் குறைக்கும். இது பல்வேறு அறிவியல் மற்றும் தொழில்துறைகளில் அவற்றின் பரவலான பயன்பாட்டிற்கு வழிவகுக்கும்” என்று உசுகி கூறுகிறார்.

ஆய்வானது ஒளியியல் இதழில் வெளியிடப்பட்டுள்ளது. Uesugi மற்றும் சக பணியாளர்கள் அடுத்த தலைமுறை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கிகளின் நடைமுறைப் பயன்பாட்டிற்கான வழிகளை ஒளி-புலம் எலக்ட்ரான் லென்ஸைப் பயன்படுத்தி ஆராய்ந்து வருகின்றனர்.

References:

• Zachman, M. J., Yang, Z., Du, Y., & Chi, M. (2022). Robust Atomic-Resolution Imaging of Lithium in Battery Materials by Center-of-Mass Scanning Transmission Electron Microscopy. ACS nano.
• Robert, H. L., Lobato, I., Lyu, F. J., Chen, Q., Van Aert, S., Van Dyck, D., & Müller-Caspary, K. (2022). Dynamical diffraction of high-energy electrons investigated by focal series momentum-resolved scanning transmission electron microscopy at atomic resolution. Ultramicroscopy, 233, 113425.
• Shibata, N., Kohno, Y., Nakamura, A., Morishita, S., Seki, T., Kumamoto, A., & Ikuhara, Y. (2019). Atomic resolution electron microscopy in a magnetic field free environment. Nature communications, 10(1), 1-5.
• Hoppe, W. (1970). Principles of electron structure research at atomic resolution using conventional electron microscopes for the measurement of amplitudes and phases. Acta Crystallographica Section A: Crystal Physics, Diffraction, Theoretical and General Crystallography, 26(4), 414-426.
• Urban, K. W. (2008). Studying atomic structures by aberration-corrected transmission electron microscopy. Science, 321(5888), 506-510.