ميکروسکپ‌هاي الکتروني با يک پيچه!
باريکه‌هاي گردابي، شبيه گردباد مي‌چرخد و قابليت‌هاي جديدي به ميکروسکوپ الکتروني اضافه مي‌کند.
انتشار موج الکترومغناطيس هم به همين صورت است. منتهي در اين روش از پيچش استفاده شده به جاي موج ساده و تخت.
باريکه‌هاي گردابي را دانشگاه تکنولوژي وين در اتريش، به عنوان روشي جديد کشف کرده است. امروزه ميکروسکوپهاي الکتروني بخصوص در علم مواد ابزار اساسي هستند. در اين دانشگاه باريکه‌هاي اکتروني توليد شد که چرخشي شبيه گردباد داشتند. اين باريکه‌ها را نه فقط مي‌توان براي ديدن اجسام، بلکه براي پژوهش در زمينه ويژگيهاي مواد در ابعاد نانو مورد استفاده قرار داد. خبر جديد در اين زمينه به دانشمندان کمک مي‌کند تا باريکه‌هايي با شدت زياد را نسبت به قبل توليد کنند.
گردباد کوانتمي: الکتروني چون موج
اين تصويري است از مقاله‌اي که در سال ۲۰۱۰ در روش گردابي چاپ شد.
در گردباد ذرات غبار معلق در هوا ضرورتاً حول محورشان نمي‌چرخند، ولي مکش هوا در کُل نيروي چرحشي عظيمي بوجود مي‌آورد. باريکه‌هاي چرخشي الکترون را اولين بار دانشگاه وين با روش مشابهي توليد کرده است. براي درک آن‌ها بايد الکترونها را بصورت ذرات نقطه‌اي ريزي در نظر بگيريم که مي‌توانند حول محوري بچرخند. باريکه‌هاي گردابي را مي‌توانيم با رفتار کوانتمي هم توصيف کنيم: الکترونها رفتار موجي دارند، و اين موج کوانتمي ميتواند مانند گردباد يا جريان آب پشت پره کشتيها بچرخد.
پروفسور پيتر شات‌اشنايدر از مؤسسه فيزيک حالت جامد دانشگاه تکنولوژي وين مي‌گويد:«بعد از اينکه باريکه تکانه زاويه اي بدست مي‌آورد، ميتواند اين تکانه را به جسمي که با آن روبرو مي‌شود منتقل کند.» تکانه زاويه اي الکترونها در حالت جامد بشدت به ويژگيهاي مغناطيسي ارتباط دارد. براي علم مواد، ايجاد شرايط تکانه زاويه اي براي باريکه الکترون مزيت بزرگي است.
باريکه ها با ماسکها و صفحات مي‌چرخند!
 |
پيتر شات‌اشنايدر و مايگل اشتروگر-پولاخ در اين گروه مدتهاست بر روي ايجاد باريکه هاي شدت بالاي تميز و قابل کنترل کار ميکنند که قابليت انتقال در ميکروسکوپهاي الکتروني را داشته باشد. اولين موفقيتها دو سال قبل حاصل شد. در آن زمان باريکه الکترون از ماسک شبکه اي ريزي شبيه توري پراش عبور داده شد، که به سه باريکه‌ي ديگر تجزيه مي‌شوند: يکي سمت راست، يکي چپ و ديگري نمي‌چرخد. |
حالا روش قوي‌تري براي بسط اين روش بکار مي‌رود: پژوهشگران از صفحه‌اي استفاده ميکنند که نيمي از لايه نيتريد سيليکوني پوشيده شده و اين لايه آنقدر نازک است که الکترونها به سختي جذب آن مي‌شوند. بااين حال مي‌توانند فاز خود را تغيير دهند.
اين باريکه به اندازه‌ي يک مقدار بزرگي نسبت به باريکه‌هاي گردابي شديدتر است. اشتروگر-پولاخ مي‌گويد:«اولاً ما باريکه را به سه جزء تجزيه نمي‌کنيم. يعني استفاده از توري پراش. بلکه کُل توده الکتروني خواهد چرخيد. دوماً توري پراش اين مشکل را دارد که نيمي از الکترونها را سد مي‌کند. اين صفحه جديدي که ما به کار مي‌بريم اينطور نيست.» با استفاده از اين فناوري، باريکه‌هاي چپ و راست چرخ حالا مي‌توانند به روش بهتري مشخص شوند. قبلاً با سختي اين آشکارسازي مي‌شد. حالا اگر تکانه زاويه‌اي بصورت پيش به هر دو طرف فرض اضافه کنيم، چرخش يک باريکه بيشتر مي‌شود. پس چرخش ديگري کاهش مي‌يابد.
ميکروسکوپهاي الکتروني با يک پيچه!
اين فناوري جديد به‌طور جزئي توسط اين تيم اتريشي در ژورنال «Physical Review Letters» چاپ شد. در آينده هدف کاربرد اين روش در علم مواد است. ويژگيهاي مغناطيسي اغلب کانون توحه هستند که بيشتر در طراحي مواد مورد استفاده قرار مي‌گيرند. شات-اشنايدر توضيح مي‌دهد که:«ميکروسکوپ انتقال الکتروني با باريکه‌هاي گردابي به ما اين امکان را مي‌دهد که اين ويژگي‌ها را با دقت نانومتري مورد بررسي قرار دهيم.»
موازي با اين تيم، پژوهشگران دانشگاه گلاسکو هم از همين روش استفاده کردند (لينک).