دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ الکترونی میتوانند اتمها را مشاهده کند، ولی حتی این تفکیکپذیری بسیار بالا نیز برای برخی از کاربردهای پژوهشی کفایت نمیکند و ازاینرو، همواره در پی افزایش قدرت تفکیکپذیری میکروسکوپهای الکترونی هستند.
مشکل این است که عدسیهای میکروسکوپ الکترونی دارای نقایصی ذاتی هستند که به آن ابیراهی (aberration) گفته میشود، و برای تصحیح آن از اصلاحگرهای ویژهی ابیراهی استفاده میشود، مثلاً مانند عینک که برای اصلاح دید چشم استفاده میشود. از آنجا که قدرت و توانایی این اصلاحگرها محدود است، لذا از اصلاحگرهای دیگری برای اصلاح آنها استفاده میشود، انگار که روی عینکتان عینک دیگری بگذارید!
Image credit: todaychan.com
بر اساس یک مطالعه جدید، محققان رشتهی فیزیک موفق شدهاند بدون نیاز به لنزهای اصلاحی برای میکروسکوپ الکترونی، به قدرت تفکیکپذیری فوق بالا دست پیدا کنند.
آنها برای این منظور از نوعی آشکارساز آرایهی پیکسلی میکروسکوپ الکترونی (EMPAD)، که در مارس ۲۰۱۷ در دانشگاه کرنل (Cornell) اختراع شده است، استفاده کردند. پژوهشگران با استفاده از این ابزار توانستند به سطح بیسابقهای از تفکیکپذیری تصویر دست پیدا کنند. برای این منظور آنها از یک تکلایهی دیسولفید مولیبدن (MoS2) استفاده کردند که تنها به ضخامت یک لایهی اتم است.
همانگونه که میدانید، در میکروسکوپ نوری معمولی برای مشاهدهی اشیا از امواج نور مرئی استفاده میشود که طول موج آن در طیف مرئی قرار دارد. اما طول موج الکترون چندین برابر کوچکتر از امواج نور مرئی است، و بنابراین، میکروسکوپ الکترونی قدرت تفکیکپذیری بسیار بالاتری دارد. ولی مشکل این است که عدسیهای میکروسکوپ الکترونی همواره دقیق نیستند.
بهطور سنتی، برای بهبود تفکیکپذیری تصویر در میکروسکوپ الکترونی، روزنهی عددی عدسی و انرژی باریکهی الکترونی را افزایش میدهند. لازم به ذکر است که باریکهی الکترونی مانند نوری است که در میکروسکوپ نوری شیء را روشن میکند.
در گذشته، رکورد تفکیکپذیری با استفاده از یک عدسی اصلاح شده از نظر ابیراهی و انرژی باریکهی فوق بالا در حد ۳۰۰ کیلو الکترون ولت بود و تفکیکپذیری در حد کمتر از یک آنگستروم بود. باید دانست که پیوندهای اتمی عموماً بین یک و دو آنگستروم طول دارند، و لازم به ذکر است که یک آنگستروم (Ångström) یک دهم نانومتر است. بنابراین، در صورتی که امکان تفکیکپذیری کوچکتر از آنگستروم را داشته باشیم، میتوانیم به آسانی هر کدام از اتمها را ببینیم.
گروه دانشمندان در مطالعهی فوق موفق شدند به تفکیکپذیری در حد ۰٫۳۹ آنگستروم دست پیدا کنند، که یک رکورد جهانی محسوب میشود، و برای این منظور، باریکهی الکترونی استفاده شده نیز از نظر انرژی پایینتر از روشهای قبلی بود.