ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन विपथन-सुधारित माइक्रोस्कोप

ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन विपथन-सुधारित सूक्ष्मदर्शी (टीम) चार अमेरिकी प्रयोगशालाओं और दो कंपनियों के बीच सहयोगी अनुसंधान परियोजना है। परियोजना की मुख्य गतिविधि 0.05 नैनोमीटर से नीचे के स्थानिक विभेदन के साथ प्रेषण इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शन (टीईएम) का डिजाइन और अनुप्रयोग है, जो हाइड्रोजन के परमाणु के आकार का लगभग आधा है।

यह परियोजना बर्कले, कैलिफोर्निया में लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला पर आधारित है और इसमें अर्गोन राष्ट्रीय प्रयोगशाला, ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला और इलिनोइस विश्वविद्यालय के उरबाना-शैंपेन में फ्रेडरिक सेट्ज़ सामग्री अनुसंधान प्रयोगशाला, साथ ही एफईआई कंपनी और सीईओएस कंपनियां सम्मिलित हैं, और यू.एस. ऊर्जा विभाग द्वारा समर्थित है। परियोजना 2004 में आरम्भ की गई थी; परिचालन सूक्ष्मदर्शी 2008 में बनाया गया था और 2009 में 0.05 nm विभेदन लक्ष्य हासिल किया था। सूक्ष्मदर्शी साझा सुविधा है जो बाहरी उपयोगकर्ताओं के लिए उपलब्ध है।

वैज्ञानिक पृष्ठभूमि
यह लंबे समय से ज्ञात है कि प्रकाशीय सूक्ष्मदर्शी का सबसे अच्छा प्राप्त करने योग्य स्थानिक संकल्प, जो सबसे छोटी विशेषता है जिसे वह देख सकता है, प्रकाश λ की तरंग दैर्ध्य के क्रम का है, जो कि हरे रंग के प्रकाश के लिए लगभग 550 nm है। इस विभेदन को उत्कृष्ट बनाने का मार्ग छोटे λ वाले कणों का उपयोग करना है, जैसे कि उच्च-ऊर्जा इलेक्ट्रॉन है। व्यावहारिक सीमाएँ सुविधाजनक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा को 100–300 किलो इलेक्ट्रॉन वोल्ट पर निर्धारित करती हैं जो λ = 3.7–2.0 पीकोमीटर से मेल खाती है। इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी का विभेदन इलेक्ट्रॉन तरंगदैर्घ्य द्वारा सीमित नहीं है, बल्कि इलेक्ट्रॉन लेंस की आंतरिक खामियों द्वारा सीमित है। प्रकाशीय लेंस में विपथन के समान होने के कारण इन्हें गोलीय विपथन और वर्णीय विपथन कहा जाता है। उन विपथनों को सूक्ष्मदर्शी में विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए सहायक लेंसों के समूह को स्थापित करके कम किया जाता है, जिन्हें विपथन सुधारक कहा जाता है।

हार्डवेयर
टीम एक वाणिज्यिक एफईआई टाइटन 80-300 इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी पर आधारित है, जिसे टीईएम और स्कैनिंग ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी (एसटीईएम) मोड दोनों में 80 और 300 किलो इलेक्ट्रॉनवोल्ट के बीच वोल्टेज पर संचालित किया जा सकता है। यांत्रिक दोलन को कम करने के लिए, सूक्ष्मदर्शी ध्वनिसह अंत:क्षेत्र के भीतर अलग स्थान में स्थित होता है और दूर से संचालित होता है। इलेक्ट्रॉन स्रोत 300 किलो इलेक्ट्रॉन वोल्ट पर 0.8 इलेक्ट्रॉन वोल्ट के अपेक्षाकृत कम ऊर्जा प्रसार के साथ शोट्की प्रकार की फील्ड एमिशन गन है। वर्णीय विपथन को कम करने के लिए, इस फैलाव को 300 किलो इलेक्ट्रॉन वोल्ट पर 0.13 इलेक्ट्रॉन वोल्ट और 0.08 इलेक्ट्रॉन वोल्ट को 80 किलो वोल्ट पर वीन-फ़िल्टर प्रकार एकवर्णीत्र (मोनोक्रोमेटर) का उपयोग करके कम किया जाता है। दोनों रोशनी लेंस, जो नमूने के ऊपर स्थित है और पारंपरिक रूप से कंडेनसर (सूक्ष्मदर्शी) कहा जाता है, और संग्रह लेंस (जिसे   अभीष्ट (प्रकाशिकी) कहा जाता है) पांचवें क्रम के गोलाकार विपथन सुधारकों से लैस हैं। इलेक्ट्रॉनों को जीआईएफ फिल्टर द्वारा फ़िल्टर किया जाता है और चार्ज-युग्मित उपकरण कैमरा द्वारा पता लगाया जाता है। फ़िल्टर विशिष्ट रासायनिक तत्वों द्वारा बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों का चयन करना संभव बनाता है और इसलिए अध्ययन किए जा रहे नमूने में अलग-अलग परमाणुओं की पहचान करता है।

अनुप्रयोग
टीम का विभिन्न क्रिस्टलीय ठोस पदार्थों पर परीक्षण किया गया है, GaN (मिलर इंडेक्स|[211] ओरिएंटेशन), जर्मेनियम ([114]), सोना ([111]) और अन्य में अलग-अलग परमाणुओं को हल करते हुए, और स्थानिक विभेदन को 0.05 nm से नीचे पहुंचाते हुए ( लगभग 0.045 nm)। ग्राफीन की छवियों में - ग्रेफाइट की शीट - न केवल परमाणु, बल्कि रासायनिक बंधन भी देखे जा सकते हैं। सूक्ष्मदर्शी के अंदर फिल्म रिकॉर्ड की गई है जिसमें ग्राफीन शीट में रन्ध्र के चारों ओर अलग-अलग कार्बन परमाणुओं को हॉपिंग दिखाया गया है।  इसी तरह के चित्र, कार्बन परमाणुओं और उनके बीच के बंधनों को हल करते हुए, स्वतंत्र रूप से पेंटासीन के लिए तैयार किए गए हैं - एक बहुत ही अलग सूक्ष्मदर्शी तकनीक, परमाण्विक बल सूक्ष्मदर्शी यंत्र (एएफएम) का उपयोग करते हुए पांच कार्बन वलय वाला प्लेनर कार्बनिक अणु हैं।  एएफएम में, परमाणुओं की जांच इलेक्ट्रॉनों द्वारा नहीं की जाती है, बल्कि तेज दोलन टिप द्वारा की जाती है।

बाहरी संबंध

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