世界上最强大的个人碳原子在石墨烯的TEM显示惊人的图像

被誉为世界上最强大的透射电子显微镜,团队0.5是达到预期。0.5使用团队(团队代表透射电子显微镜Aberration-corrected),研究人员的美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)产生了令人惊叹的图像各个碳原子在石墨烯,碳的二维晶体结构,电子行业是非常珍贵的。

这些第一次图像记录在伯克利实验室的国家电子显微镜中心(NCEM),美国能源部国家用户工具,是一个总理电子显微镜和microcharacterization中心。团队0.5,最新的仪器,能产生half-angstrom分辨率的图像,这是不到一个氢原子的直径。

0.5“简单的说,团队是世界上最好的透射电子显微镜,代表仪表的量子飞跃,”物理学家Alex Zettl领导说领导这项研究。“有能力看,基本上是实时的,每一个单个原子在一个示例是令人难以置信的是有用的和图片我们可以看到令人瞠目结舌了即使最老练的电子显微镜化验员。0.5团队正在推动透射电子显微镜提高到一个新的水平。”

Zettl持有与伯克利实验室材料科学部门共同任命(MSD)和物理系在加州大学伯克利分校的校园,他综合纳亚博网站下载米机械系亚博老虎机网登录统的中心的主任。与他合作此石墨烯成像项目Jannik迈耶,也与伯克利实验室的材料科学部门,和基督教Kisielowski, Rolf有利和玛尔塔Rossell NCEM。亚博网站下载亚博老虎机网登录

他们的研究结果发表在《Nanoletters,在一篇名为:“直接成像的晶格原子在石墨烯薄膜和拓扑缺陷。”

固体材料的性能源于其组成原子的排列在固体的晶体结亚博网站下载构。尽管诸如电子和x射线结晶学的技术可以揭示原子晶体的几何,他们不确定每个原子的精确位置。当材料的尺寸缩小到纳米尺度,每个原子的位置变得至关重要,作为Zettl解释道。

“想想钢钢筋三维结构,像一个攀登,”他说。“如果一小块钢筋生锈在健身中心的,它不可能对结构的整体性能产生很大影响。然而,在一个二维结构一个生锈的部分变成了一个更大的问题,在一维结构,即。一个钢筋表面,生锈的部分可能是灾难性的,导致整个结构失败。纳米晶体,安排一个失踪的原子或其他缺陷会导致灾难性的失败。”

石墨烯缺陷在其原子结构尤其敏感。组成的单层的碳原子排列成六边形,像一张铁丝网与一个原子在每个连结,石墨烯功能非凡的电气、机械和热性能,使它可以在一个广泛的碳基电子设备。石墨烯的巨大承诺实现,然而,科学家需要一个更好的了解特定类型的缺陷在晶体结构,包括那些改变位置随着时间的推移,影响其性能。

“理论家正在做各种预测石墨烯为当地不同原子的属性配置,但直到0.5团队,我们没有能力看到实时和研究这些配置,“Zettl说。

团队0.5功能先进的技术进步包括极其明亮的电子源,极稳定的电子减少漂移,或许最重要的是,能够提供光学修正球面像差(模糊)。通过使光点像磁盘,球面像差是主要限制因素透射电子显微镜的分辨率。

说NCEM本研究首席研究员和合作者Kisielowski,“团队0.5允许检测的每一个原子元素周期表提供样本进行调查可以忍受辐射损伤(0.5的创纪录的half-angstrom决议的团队实现了用一个300千伏的电子束能量(kV))。

校正球面像差可以使用团队0.5不仅对宽束“广角”图像也为扫描透射电子显微镜(茎)的紧密聚焦电子束穿过一个样本为调查。0.5在这种模式下,团队能够执行一次一个原子光谱学——一个理想的方式来精确定位均匀样品中的杂质,如个人在半导体掺杂剂原子。像差校正0.5还支持团队生成高分辨率图像在电子束能量相对较低。因为他们的长波长,低能量电子比更高的能源更难以专注电子。像差校正克服这个问题。

使用团队0.5、Zettl Kisielowski及其合作者能够获得石墨烯膜的图片-水晶衬托一个原子厚的决议一埃使用电子束仅80千伏(kV)能量。

“低电压稳定至关重要,这些石墨烯膜的研究太脆弱了,在更高的能量成像所需常规透射电子显微镜,“Zettl说。”,我们可以检测并解决每个碳原子在这些衬托在80千伏为未来相关研究的有机材料low-z原子占据主导地位和更高的能量破坏样品。亚博网站下载团队0.5提供了很棒的分辨率较低的电子的能量,这对于有机物是两全其美。”

Kisielowski补充道,“这甚至不是故事的结局。我们已经做了改进,进一步提高信噪比,已经有新的和更好的图像。有更多。”

通过协作团队0.5设计和建造由伯克利实验室和包括能源部阿尔贡和橡树岭国家实验室,伊利诺伊大学的弗雷德里克·塞茨材料实验室,和两家私人公司专门从事电子显微镜,范公司总部位于俄勒冈州波特兰,德国海德堡的ceo。亚博网站下载

伯克利实验室是美国能源部国家实验室位于伯克利,加州。它进行非保密的科学研究,由加州大学的管理。访问我们的网站:http://www.lbl.gov。