ومضات الإلكترون "صورة" في العالم النانوي

عرض مصدر جديد لنبضات الإلكترونات الفائقة القصر

التمثيل التخطيطي للتجربة (أعلى) وتوزيع "عائد الإلكترون" (أسفل): الأصفر يشير إلى كثافة عالية. © MBI
قراءة بصوت عال

قدم الباحثون مصدرًا جديدًا لنبضات الإلكترون القصيرة للغاية. إنه طرف رفيع من الرقاقات مصنوع من الذهب ، وهو متحمس بنبضات ضوئية فائقة النبض لإصدار إلكترونات. يوضح Claus Ropers من معهد ماكس بورن للبصريات اللاخطية والطيف القصير للنبض (MBI) في برلين أدلرزهوف: "مع هذه النبضات الإلكترونية ، يمكن تصور عمليات فائق السرعة في عالم النانو بشكل مباشر".

جنبا إلى جنب مع دانيال سولي ، وكلاوس بيتر شولز ، وكريستوف ليناو ، وتوماس إلسير ، يقدم تقريرا عن نتائج البحوث الجديدة في العدد الحالي من مجلة Physical Review Letters.

تلعب الهياكل النانوية دوراً رئيسياً في الفيزياء والكيمياء وعلوم المواد. إنها أساس الإلكترونيات الدقيقة الحديثة وتكنولوجيا الاتصالات. لأن الهياكل ذات أبعاد بضعة نانومتر - واحد نانومتر (نانومتر) واحد من المليار من المتر - لها خصائص فيزيائية وكيميائية خاصة يمكن تعديلها بشكل انتقائي ضمن حدود واسعة

تقنية جديدة لتوليد نبضات إلكترونية فائقة القصر

لتحديد الأبعاد والخصائص الهيكلية الأخرى للبنى النانوية ، غالبًا ما يستخدم الباحثون المجاهر الإلكترونية القوية. يؤدي هذا إلى إنشاء صور ثابتة ، أي اكتشاف حالة متوسط ​​الوقت للكائن. ومع ذلك ، فإن وظيفة الأنظمة النانوية ترتبط غالبًا بالعمليات التي تحدث على مقياس طول النانو وفي نطاقات زمنية قصيرة للغاية تقل عن بيكو ثانية واحدة (ملاحظة ، ملايين من المليون من الثانية).

لهذا السبب ، يتم العمل على استخدام الأساليب في جميع أنحاء العالم والتي يمكن أن تجعل هذه العمليات مرئية ، على سبيل المثال عن طريق أخذ سلسلة من اللقطات. بالإضافة إلى ومضات الضوء القصيرة للغاية ، وخاصة نبضات الأشعة السينية والإلكترون التي توفر معلومات مباشرة عن التغيرات الهيكلية التي تحدث بسرعة مناسبة لهذا الغرض. عرض

أظهر الفريق في MBI الآن تقنية جديدة لتوليد نبضات إلكترونية فائقة القصر. هنا ، يضيء رأس ذهبي يبلغ قطره 40 نانومتر فقط مع نبضات خفيفة تبلغ مدتها 0.007 ثانية فقط. يتم تضخيم شدة الضوء كثيرًا في الجزء العلوي مما يؤدي إلى إخراج الإلكترونات من المعدن. يمكن استخدام هذه الجسيمات المشحونة لدراسة البنى النانوية. الظروف الخاصة لعملية الإثارة تؤدي إلى فترة قصيرة للغاية من نبضات الإلكترون أقل من 0.02 بيكو ثانية (20 فيمتوثانية). يمكن أن "الكاميرا الإلكترونية" التقاط الصور المقابلة في تتابع سريع.

Nanograben في هيكل معدني

لقد أثبتت إمكانات مصدر الإلكترون "المنوي" هذا لتصوير البنى النانوية في التجارب التي يوجد فيها طرف المعدن المضيء - الذي يشبه مسبار المسح في مجهر القوة - على مسافة قصيرة فوق أسلاك متناهية الصغر تبلغ 50 نانومتر في هيكل معدني. تم القيام به بعيدا. على طول المقطع العرضي للخندق المعدني ، يختلف عائد الإلكترون تبعًا لظروف التوليد المختلفة ، والتي يمكن من خلالها تحديد المظهر الجانبي وتوزيع الحقل الكهرومغناطيسي للخندق بدقة النانومتر. بهذه الطريقة ، سيكون من الممكن قياس المكونات الإلكترونية بدقة في مقياس النانو وخصائصها.

يستخدم المطورون حاليًا نبضات الإلكترون في التجارب التي تم حلها للمرة الأولى على الهياكل النانوية من أجل تصور عمليات فائق السرعة. بالإضافة إلى استخدامها في هندسة مسبار المسح الموضحة ، يرى باحثو برلين إمكانيات تطبيق واسعة لمصدر الإلكترون في تجارب حيود الإلكترون بأعلى دقة زمنية على المواد الصلبة والسطوح والأنظمة الجزيئية.

(idw - Forschungsverbund Berlin، 29.01.2007 - DLO)