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公司新闻
 

美国能源部TEAM 0.5计划

       TEAM 计划是由美国能源部基础能源科学司投资数千万美元资助的显微学项目。该项目将促成一台新型显微镜的诞生。这台能在前所未有的0.5 埃分辨率下直接观察和分析纳米结构的显微镜,必将创造卓越的新科学良机。0.5 埃大约是碳原子尺寸的三分之一,也是原子尺度研究的一个关键尺寸。


      在此项独一无二的计划中,电子显微学领域颇有建树的五家主要实验室(阿贡国家实验室,Brookhaven 国家实验室,劳伦斯伯克力国家实验室,橡树岭国家实验室,Frederick Seitz 材料研究室)通力合作,并筛选出FEI 公司为研发伙伴。每家实验室分别在这项雄心勃勃的使命中担当不同的角色,以期实现(甚至在三维空间)直接观察原子尺度的有序度、电子结构、单体纳米结构的动态。提议中的电子显微镜,自成一小型材料科学实验室,可进行实时的分析和特征描述,以促进独特的多学科交叉研究。


      像差矫正电子显微技术将是TEAM 显微镜的核心。为达到0.5 埃分辨率而需要的更密集、更明亮的电子束,也会导致更强的样品信息、更高的图像衬度、更灵敏的分析本领以及史无前例的空间分辨率。成功开发新型像差矫正器将展现最基本的原子世界景观。矫正器的设计和开发,将与CEOS 公司(FEI 公司在尖端矫正器技术上的协作单位)合作完成。

      传输电子失常校正显微镜(TEAM0.5)是美国基础能源科技局、美国伊利诺斯州大学和FEI与德国CEOS二家显微镜公司联手开发而成的。传统的透射电子显微镜(TEM)和扫描透射电子显微镜的分辨率有限,不能让研究人员从原子水平来研究材料。此最新的显微镜可以达到0.5埃的分辨率,是一个碳原子直径的4四分之一,比最小氢原子的直径还要小,从而可以让各个学科的科学家描述原子级别的结构,能比先前更加准确地分析化学物质。

  TEAM项目负责人尤利•达蒙解释说,此显微镜由于分辨率出众,成为世界最好的显微镜,而且,其对照和低信噪比也比他人更胜一筹。“由于其信噪比如此好,可以对一个个原子调焦,再加上足够好的灵敏度,可以获得单个纳米粒子的3维原子结构的立体信息。”

  为达到这种分辨率,TEAM 0.5采用了最可能的先进技术,包括超稳定电子装置、改进的失常校正器和特别明亮的电子源。球面像差是由镜头形状导致的,会使图像降级,使光点看起来像圆盘,校正之后能产生戏剧性的惊人效果,使图像面目一新。在此新显微镜中,一系列不同几何形状的多极磁铁镜头可塑造电子束。达蒙说:“电子显微镜校正球面像差理论上早就可行,但直到最近才成为实际应用。”这是因为当今的稳定电子装置可减小漂移,还有快速的电脑能实时连续地进行调焦。据介绍,TEAM 0.5可校正更高序列的失常,包括球面像差。

  在FEI公司进行的初步测试中,此显微镜能看到2个金晶体接触时单个原子及其它们搭建的“纳米桥”,只有几十埃宽,将2个晶体连接起来。从一个方向到另一个方向,研究人员看到单个金原子在不断变换位置。

  TEAM 0.5的基本系统已经在运转,经过一系列严格的调试和调整之后,它将在2008年10月对外开放使用。不过,研究人员现在还在对它进行改进,附加组件和设施正在完善和调试之中,包括控制室显示屏和高清电视。

为了解决单个原子在结构中的位置,得从不同角度进行拍照,之后,电脑重组此样品的3D断层X光扫描图或CAT扫描图。为做到这一点,此显微镜得可以在电子束下倾斜和旋转样品,向各个方向移动样品,这一功能要求正在开发之中。

  现在使用的是比样品阶段更小的机器,新的TEAM阶段将通过此显微镜纵列全部布置好。当电流加大时,如此操纵样品会导致变形,新的TEAM阶段将可以控制和复制此样品的位置和姿态,精确度小于十亿分之一米。TEAM I显微镜将在2009年初安装。TEAM I还将校正图像束的像差,这在之前是从来没有做到的。当透镜以不同角度折射不同波长的光或电子时,就会产生像差。

  目前,TEAM 已经有了竞争对手,去年2月,美国和日本东京理工大学联手在打造有竞争性的S/TEM显微镜,将很快胜过TEAM项目的0.5埃分辨率和亚埃3D成像能力。


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