Creat tomografie cu patru electroni

Fig. 1. Principiul tomografiei de electroni. Desen din cartea lui J. Frank «Tomografie Electron: Metode de vizualizare tridimensionala a structurilor în celulă»

imagistica electronic permite vizualizarea structurii tridimensionale a diferitelor micro și nano-obiecte, cum ar fi celula unitate de material cristalin, cu celule biologice sau virus. Oamenii de stiinta de la Institutul de Tehnologie din California au creat o imagistica electronic-4D, reușind să se integreze în tomografie de electroni conventionala a patra dimensiune - timp. Acesta poate fi folosit pentru a urmări caracteristicile spațio-temporale ale obiectului fiind structurilor studiate cu rezolutie nanometri femtosecunde.

Imagistica electronice are originea la sfârșitul anilor 60-e ale secolului trecut și pentru o lungă perioadă de timp, din cauza lentoarea calculatoarelor calculează valorile de intensitate, a fost foarte proces consumatoare de timp. Odată cu apariția de mare putere și calculatoare de mare viteză a devenit posibil aproape imediat reconstruit din datele de difracție ale o vedere tridimensională a unui eșantion de testare (fig. 2).

În al doilea rând, dacă vorbim despre structura internă a dinamicii obiectului din scara atomica sau moleculara, este perioada de timp? T trebuie să fie foarte mici. la nivelul nano- și picosecunde, sau chiar mai puțin.

Fig. 2. Evoluția imagistica tridimensională. Desen din cartea lui J. Frank «Tomografie Electron: Metode de vizualizare tridimensionala a structurilor în celulă»

După aceea, cu o întârziere controlată - de la câteva femtosecunde (femto = 10 -15), la câteva nanosecunde în legătură cu pulsul cu laser - pornește fluxul de electroni. Împrăștiate de proba, electronii crea imaginea de difracție bidimensională pe ecran. Apoi, un anumit interval de timp care poate varia de la femtosecunde la nanosecunde (în funcție de cât de repede schimbarea structurii obiectului), are loc în unghiul de rotire a substratului de 1 °. După iradiere, electronii obține o nouă imagine bidimensională a obiectului. Întregul proces este repetat pentru un interval de unghiuri de la -58 ° la + 58 ° (0 ° corespunde perpendicular căderea fasciculului de electroni pe substrat). Prelucrarea imaginii a primit tridimensională proiecția calculată a probei în studiu.

Fig. 3 prezintă rezultatele tomografiei - imagini cu brățară de carbon la diferite momente de timp după ultima lovitura cu laser în nanotub. Energia electronilor in tomografie a fost de 200 keV (lungimea de undă de 2,5 picometer).

Fig. 4. cadre individuale ale nanotuburi de carbon electronic 4D tomogram pentru diferite unghiuri de vizualizare și la intervale de timp diferite (5, 15, 30 și 75 nanosecunde). Timpul se măsoară din momentul în care furnizarea de căldură către nanotub. Săgețile indică direcția de deplasare a secțiunilor individuale ale obiectului studiat. Culoarea neagră a anumitor zone nanotub înseamnă că s-au întors la poziția inițială la șoc termic (la t = 0). Inserțiile din fiecare cadru corespund „netratat“ nanotub imagine la un unghi de înclinare de zero a substratului (fascicul de electroni este incidență perpendicular pe ea). Imaginea articolului în discuție în domeniul științei

Trebuie remarcat faptul că procesul de e-4D imagistica nu introduce modificări neașteptate și semnificative în structura nanotubului. Doza medie necesară pentru a obține o imagine 2D a eșantionului nu a depășit 15 electroni pe nanometru pătrat, cu un decalaj între impulsuri de ordinul nanosecundelor. Când intervalul femtosecunde, această valoare a fost redusă cu mai multe ordine de mărime. Doza totală primită pe nanotub Toate cele patru imagistica, două ordine de mărime mai mică decât valoarea la care începe deformarea ireversibilă.