Ang Unang Fiber Optic Nanotype Electron Gun ay Nagbibigay ng Mas Madaling Nano-Scale Imaging at Detection

Ang ilaw ay naglalakbay kasama ang isang hibla at pinasisigla ang mga metal electron sa nanotype sa mga kolektibong oscillation na tinatawag na mga plasmon sa ibabaw, na tumutulong sa mga electron na lumabas sa dulo. Ang simpleng electron nano gun na ito ay maaaring gawing mas maraming nalalaman na may iba’t ibang mga anyo ng materyal na komposisyon at pagsasaayos. Credit sa Larawan: Ali Passian / ORNL, Kagawaran ng Enerhiya ng Estados Unidos

Ang mga siyentista sa Oak Ridge National Laboratory ng Kagawaran ng Enerhiya at ang Unibersidad ng Nebraska ay gumawa ng isang mas madaling paraan upang makabuo ng mga electron para sa imaging ng nanoscale at sensing sa pamamagitan ng pagbibigay ng isang kapaki-pakinabang na bagong tool para sa materyal na agham, bio-imaging, at pangunahing pagsasaliksik sa kabuuan.

Sa isang nai-publish na pag-aaral Bagong Journal ng PhysicsIniulat ng mga mananaliksik na ang pagpapaputok ng matinding pulso ng laser mula sa fiber optic na nanotype ay sanhi ng tip upang maglabas ng mga electron, na lumilikha ng isang mabilis na “electron gun” na maaaring magamit upang mag-imbestiga ng mga materyales. Pinapayagan ng aparato ang mga mananaliksik na mabilis na suriin ang mga ibabaw mula sa anumang anggulo, na nag-aalok ng isang malaking kalamangan sa umiiral na mas kaunting mga diskarte sa mobile.

“Gumagana ito alinsunod sa prinsipyo ng light activation, kaya’t ang ilaw ay pumapasok at maayos na pinasisigla ang mga electron sa loob ng metal upang makakuha ng sapat na enerhiya upang lumabas,” sabi ni Ali Passian ng pangkat ng Quantum Information Science ng ORNL.

Ang electron ay isang napakahalagang tool para sa masusing pagtingin sa mga katangian ng ibabaw ng mga materyales. Ang mga maliit na butil ng subatomic – mga light particle – na may mas maiikling haba ng haba ng daluyan kaysa sa mga photon ay maaaring magpalaki ng mga bagay na exponentially mas malaki sa mga nanometers o sa isang resolusyon ng isang bilyong buwan ng isang metro, nang hindi pinalaki ang ilaw.

Mula noong kalagitnaan ng 2000, ang mga mananaliksik ay gumamit ng matalas na mga nanotypes upang maglabas ng mga electron sa mahigpit na nakatuon na mga poste. Ang mga nanotypes ay nagbibigay ng pinahusay na spatial at temporal na resolusyon kumpara sa iba pang mga diskarte sa pag-scan ng electron microscopy, at tinutulungan ang mga mananaliksik na mas mahusay na masubaybayan ang patuloy na pakikipag-ugnayan sa nanoscale. Sa mga diskarteng ito, ang mga electron ay nagpapalabas kapag ang mga photon ay nagaganyak sa mga dulo.

Gayunpaman, bago ang pag-aaral na ito, ang mga pamamaraan ng paglabas ng nanotype ay batay sa panlabas na pagpapasigla ng ilaw. Upang makabuo ng mga electron, kailangang maingat na ihanay ng mga mananaliksik ang mga laser beam sa tuktok ng nanotype.

“Dati, ang mga laser ay kailangang maghanap ng mga pahiwatig, na kung saan ay mas mahirap gawin ng teknolohiyang,” sabi ni Herman Batelaan, kapwa may-akda ng pag-aaral, na namuno sa pananaliksik sa kontrol ng electron sa University of Nebraska. Ang kahirapan ng misyon ay limitado kung gaano kabilis at mula sa anong posisyon ang maaaring makuha ng mga imahe.

Ngunit may ideya si Passian para sa ibang diskarte. Hinulaan niya na sa pamamagitan ng pagpapaputok ng ilaw ng laser sa pamamagitan ng isang nababaluktot na hibla na salamin sa mata upang maiilawan ang korteng kono, pinahiran ng metal na nanotype mula sa loob, makakalikha siya ng isang instrumento na mas madaling mamaniobra.

“Ang ideya ay maaari mong suriin ang iba’t ibang bahagi ng materyal sa iba’t ibang taas at posisyon sa pag-ilid dahil ang ilaw ay inilabas mula sa loob – sapagkat ito ay simple at kasama,” sabi ni Passian.

Ang Passian ay nagtrabaho kasama si Batelaan at pagkatapos ay kasama si Sam Keramati, isang nagtapos na mag-aaral sa University of Nebraska, upang malaman kung posible ang kanyang ideya. Ang koponan ng Nebraska ay gumamit ng isang femtosecond laser upang hilahin ang ultra-maikling, matinding pulso sa pamamagitan ng isang optical fiber at sa isang vacuum room. Ang ilaw sa silid ay dumaan sa isang ginad na ginto na pinahiran na hibla na nanotype na ginawa sa ORNL.

Talagang sinusunod ng koponan ang kinokontrol na paglabas ng electron mula sa nanotype. Sinusuri ang data, pinatunayan nila na ang mekanismo na nagbigay posible sa paglabas ay hindi simple, ngunit nagsasangkot ng isang kumbinasyon ng mga kadahilanan.

Ang isang kadahilanan ay ang hugis at metal na patong ng nanotype na lumilikha ng isang electric field na makakatulong na itulak ang mga electron palabas. Ang isa pang kadahilanan ay ang electric field na ito sa tuktok ng nanotype ay maaaring mapahusay ng ilang mga wavelength ng ilaw ng laser.

“Sa pamamagitan ng pag-aayos ng femtosecond laser sa tamang haba ng haba ng daluyong, na tinawag namin na ibabaw ng plasmon resonance haba ng daluyong, nakita namin na nasa itaas kami ng threshold ng emission,” sabi ni Keramati. Ang resonance ng ibabaw ng plasmon ay tumutukoy sa isang kolektibong paglabas ng mga electron sa ibabaw ng metal. Ang paglabas ng threshold sa itaas ay nangyayari kapag ang mga electron ay sumisipsip ng sapat na enerhiya mula sa mga photon upang mailabas ng isang paunang lakas na gumagalaw.

Pinag-aralan ng koponan ang mga nanotypes upang mapatunayan na ang mga electron ay pinalabas mula sa ilaw, hindi init. Ang mga tip ay hindi nasira sa panahon ng eksperimento, na nagmumungkahi na ang mekanismo ng pagpapalabas ay talagang gumana sa ilaw.

Ang isang karagdagang bentahe ng bagong pamamaraan ay ang mabilis na kapasidad ng paglipat ng pinagmulan ng laser na pinapayagan silang kontrolin ang paglabas ng elektron sa bilis na mas mabilis kaysa sa isang nanosecond. Magbibigay ito ng isang mas mahusay na paraan upang mag-shoot ng mga imahe nang mas mabilis. Ang mga nasabing imahe ay maaaring pagsamahin halos tulad ng isang pelikula upang manuod ng mga kumplikadong pakikipag-ugnayan sa nanoscale.

Power down

Nasiyahan sa mga paunang natuklasan na ito, nagpasya ang koponan na subukan kung makakamit nila ang isang katulad na resulta sa mas hindi gaanong malakas na tuluy-tuloy na alon ng alon ng parehong uri na natagpuan sa pang-araw-araw na laser pointer. Upang mabayaran ang kakulangan ng lakas ng laser, tinaas nila ang boltahe sa nanotype at lumikha ng isang potensyal na pagkakaiba-iba ng enerhiya na pinaniniwalaan nilang makakatulong sa pag-expire ng mga electron. Sa sorpresa nila, gumana ito.

“Sa pagkakaalam namin, ito ang pinakamaliit na intensity ng laser na nagdudulot ng paglabas ng electron mula sa mga nanotypes,” sabi ni Keramati, ngayon ay isang mananaliksik na postdoctoral. Inilapat na Mga Sulat sa Physics.

“Ngayon ay maaari kang pumunta sa isang $ 10 diode laser sa halip na magkaroon ng isang malakas, sobrang mahal na laser,” sabi ni Batelaan.

Habang ang tuluy-tuloy na alon ng alon ay walang kakulangan ng mabilis na mga kakayahan sa paglipat ng mas malakas na femtosecond lasers, ang mabagal na paglipat ay nag-aalok ng sarili nitong mga kalamangan; iyon ay, ang kakayahang mas kontrolin ang tagal at bilang ng mga electron na ibinubuga ng mga nanotypes.

Ipinakita ng koponan na ang kontrol na ibinigay ng mabagal na paglipat ay nagbibigay-daan sa paglabas ng electron sa loob ng mga limitasyong kinakailangan para sa isang futuristic application na tinatawag na electron ghost imaging. Ang light ghost imaging, na ipinakita kamakailan, ay gumagamit ng mga katangian ng kabuuan ng ilaw sa napakababang pagkakalantad sa mga sampol na sensitibo sa imahe tulad ng nabubuhay na biological cells.

Inaasahan ng koponan na makamit ang nanoscale electron ghost imaging sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng maraming mga nanotypes ng hibla.

Mga Sanggunian:

Ang “Surface plasmon ay nagpahusay ng mabilis na paglabas ng electron mula sa metalized fiber optic nanotypes” nina Sam Keramati, Ali Passian, Vineet Khullar, Joshua Beck, Cornelis Uiterwaal at Herman Batelaan, 24 Agosto 2020, Bagong Journal ng Physics.
DOI: 10.1088 / 1367-2630 / aba85b

S. Keramati, A. Passian, V. Khullar at H. Batelaan, “Photofield electron emission mula sa optical fiber nanotype”, 10 Agosto 2020, Inilapat na Mga Sulat sa Physics.
DOI: 10.1063 / 5.0014873

Ang unang pananaliksik para sa pag-aaral na ito ay suportado ng Laboratory Research and Development Program ng ORNL na Seed Monetary Fund. Ang pagsasaliksik sa Unibersidad ng Nebraska ay suportado ng isang UNL Collaborative Initiative na bigay at ang National Science Foundation sa ilalim ng mga numero ng award na EPS-1430519 at PHY-1912504.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Virtual Pag-deploy” – Nabasa ng mga siyentista ang isang 300-taong-gulang na selyadong makasaysayang liham nang hindi ito binubuksan

Animasyon ng paglawak ng computer ng selyadong letrang DB-1538. Sa aming papel, inilalarawan namin kung paano ginamit ang "virtual na pag-deploy" upang basahin...

“Hindi pa nagagawang” Natuklasan ang Bagong Bersyon ng Symbiosis

Ang endosymbiont-enhancing endosymbiont ay nagpapalakas sa unicellular eukaryotic host na sumipsip ng nitrate, na nagpapahiwatig na ang unicellular eukaryotes ay maaaring makatanggap ng endosymbionts...

Pagdidisenyo ng isang interface ng hangganan sa pagitan ng 2D at 3D na mga materyales

May-akda David L. Chandler, Massachusetts Institute of Technology Marso 2, 2021 Ang mga larawang ito ng "mga isla" ng mga atomo ng ginto na idineposito sa...

Bakit magkakaiba ang komposisyon ng kemikal ng solar na enerhiya

Linn Noong Agosto 21, 2017, sa panahon ng kabuuang solar eclipse, ang mga sinag ng araw ay lumitaw na puti. Mula kay...

Natagpuan ng mga Mananaliksik ang Taba ng Tiyan Laban sa Pantas na Pag-aayuno – “Ang Lokasyon ay Gumagawa ng Malaking Pagkakaiba”

Ipinakita ng mga pag-aaral sa daga ang mga sanhi ng lokasyon ng taba para sa panandaliang pag-aayuno. Sa isang pag-aaral sa mouse, inanunsyo ng mga...

Newsletter

Subscribe to stay updated.