* Nieuws
Resolutie elektronenmicroscoop sterk verbeterd
Met een nieuw soort detector is de resolutie van de
elektronenmicroscoop sterk verbeterd. De
`lage-energie-elektronenmicroscoop' (LEEM) kan hiermee worden
ingezet voor onderzoek aan de dunst mogelijke materialen. De
tests met de detector vormen het eerste resultaat van het
project ESCHER.
Het grote verschil tussen de oude (links) en de nieuwe (rechts)
detector. In beide gevallen is hetzelfde grafeenlaagje (licht)
op iridium (donker) afgebeeld. A) met de traditionele MCP
detector. B) met Medipix 2. De maten zijn de afmetingen van de
detector. Het beeld is sterk vergroot. Het afgebeelde oppervlak
is 15,5x15,5 mm2 groot. Het contrastverschil is opvallend: de
nieuwe detector laat de details veel duidelijker aan het licht
komen. De oude en de nieuwe detector zijn te vergelijken met
een oude en een nieuwe digitale camera: een nieuwe camera heeft
meer pixels, waardoor de foto's scherper en de details
duidelijker zijn.
Grotere gevoeligheid
Het onderzoek naar de groei en eigenschappen van geavanceerde
materialen kan met de nieuwe detector efficiënter en met een
grotere gevoeligheid uitgevoerd worden. De resolutie van de
LEEM kan zelfs met een factor 2,5 worden verbeterd. De tests
zijn gedaan door wetenschappers van Leiden, Twente en IBM.
Lage-energie-elektronenmicroscopie
Lage-energie-elektronenmicroscopie is een recente ontwikkeling
binnen de microscopie. De techniek wordt steeds belangrijker in
het onderzoek naar processen in de micro- en nano-elektronica,
zoals halfgeleider-nanokristalgroei, grafeensynthese en andere
fenomenen op nanoschaal. `In een conventionele
elektronenmicroscoop worden elektronen tot een hoge energie
versneld en naar het preparaat geschoten', zegt Ruud Tromp,
hoogleraar Fysica van oppervlakken en materialen en
onderzoeksstaflid bij IBM. `Het bijzondere van LEEM is dat het
met lage-energie-elektronen werkt. Hierdoor zijn de elektronen
zeer gevoelig voor de kleinste structuren aan het oppervlak.
Magnetische elektronlenzen vormen met de gereflecteerde
elektronen een videobeeld van het preparaat en zelfs van zijn
elektronische eigenschappen. Een betere detector geeft daarbij
natuurlijk een beter beeld.'
De lage-energie-elektronenmicroscoop (LEEM)
Medipix2
De nieuwe detector, de Medipix2, is een high-tech CMOS-detector
ontwikkeld door het Medipix2 consortium. Hoofddoel van de
Medipix2 is het meten van röntgenstraling. De onderzoekers
Sense Jan van der Molen, Irakli Sikharulidze en Ruud Tromp
monteerden de Medipix2 echter in de
lage-energie-elektronenmicroscoop van Raoul van Gastel in
Twente. De resultaten waren verbluffend.
Nachtvisiecamera's
De detector die tot nog toe werd gebruikt, is van het type dat
ook in nachtvisiecamera's zit. Die kent helaas veel nadelen.
Hij kan slechts een beperkte signaalintensiteit aan, het
gemeten signaal heeft last van ruis en de ruimtelijke resolutie
is beperkt. De Medipix2 lost deze drie problemen in een keer
op. Door de uitstekende testresultaten verwachten de
onderzoekers, dat de Medipix2 de standaard zal worden in
toekomstige LEEM-systemen.
Grafeen
De verbeterde resolutie is belangrijk voor de ontwikkeling van
micro- en nanotechnologie. Het wordt nu mogelijk om de groei en
eigenschappen van bijvoorbeeld grafeen diepgaand te
onderzoeken. Grafeen is een dun materiaal van precies één
koolstoflaag dik. Van grafeen is bekend dat het nieuwe
mogelijkheden opent op het gebied van de elektronica en de
spintronica, waarvoor Albert Fert en Peter Grünberg in 2007 de
Nobelprijs kregen.
Eiwitmoleculen
Hoe kan grafeen efficiënt geproduceerd worden? Voorlopig is de
belangrijke stap van laboratorium naar industrie nog niet
gezet. In een LEEM kan de groei van grafeen live worden
bekeken. Dat kan inzicht verschaffen over hoe het materiaal in
de toekomst op grote schaal gemaakt kan worden. Ook voor
onderzoek naar de exotische combinatie tussen metalen en
organische materialen betekent de microscoop een stap
voorwaarts. Er is voor ESCHER een serie experimenten gepland
met self-assembled monolayers, organische lagen van precies één
molecuul dik. Door zulke lagen aan te brengen en de juiste
moleculen te kiezen kan een oppervlak nieuwe eigenschappen
krijgen, zoals waterafstotend of juist niet-waterafstotend.
ESCHER-microscoop
De ESCHER-microscoop wordt later dit jaar in gebruik genomen.
Het instrument, gebaseerd op een ontwerp van Ruud Tromp, wordt
in Leiden verder ontwikkeld. De microscoop krijgt, mede dankzij
de nieuwe detector, een sterk verbeterde resolutie en contrast.
Met behulp van de microscoop worden studies mogelijk bij
temperaturen variërend van nabij het absolute nulpunt tot boven
1500 oC.
Dit onderzoek wordt mede gefinancierd door de Nederlandse
Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) en
Technologiestichting STW.
Het Medipix2 consortium wordt gecoördineerd door CERN en
NIKHEF.
(7 juli 2009/SH)
Webredactie - 07/07/2009
Universiteit Leiden