Applicazioni

L'ambiente di un laboratorio di microscopia elettronica non ha un impatto diretto sul microscopio elettronico stesso, ma influisce piuttosto sulla qualità dell'immagine e sulle prestazioni complessive del microscopio. Durante il funzionamento di un microscopio elettronico, il sottile fascio di elettroni deve viaggiare in un ambiente ad alto vuoto, coprendo una distanza di 0,7 metri (per Scanning Eelettrone Microscope) fino a oltre 2 metri (per trasmissione TElectron Microscopioe). Lungo il percorso, fattori esterni come campi magnetici, vibrazioni del terreno, rumore nell'aria e flussi d'aria possono far deviare il fascio di elettroni dal percorso previsto, portando a un degrado della qualità dell'immagine. Pertanto, è necessario soddisfare requisiti specifici per l'ambiente circostante. La schermatura elettromagnetica passiva a bassa frequenza prevede principalmente due metodi, che differiscono per il materiale di schermatura utilizzato: un metodo utilizza materiali ad alta permeabilità (come acciaio, acciaio al silicio e leghe mu-metalliche), e l'altro metodo utilizza materiali ad alta conduttività(come rame e alluminio). Sebbene i principi di funzionamento di questi due metodi siano diversi, entrambi raggiungono un'efficace riduzione dei campi magnetici ambientali. A. Il metodo dei materiali ad alta permeabilità, noto anche come metodo di deviazione del circuito magnetico, funziona racchiudendo uno spazio finito (regione A) con materiali ad alta permeabilità. Quando l'intensità del campo magnetico ambientale è Ho, la riluttanza magnetica del materiale ad alta permeabilità è molto inferiore a quella dell'aria (l'acciaio comune Q195 ha una permeabilità di 4000, l'acciaio al silicio varia da 8000 a 12000, le leghe mu-metal hanno una permeabilità di 24000, mentre l'aria ha un valore approssimativo di 1). Applicando la legge di Ohm, quando Rs è molto più piccolo di Ro, l'intensità del campo magnetico all'interno dello spazio chiuso (regione A) diminuisce a Hi, ottenendo la smagnetizzazione (vedere Figura 1 e Figura 2, dove Ri rappresenta la riluttanza dell'aria all'interno dello spazio A, e Rs rappresenta la riluttanza del materiale schermante). All'interno del materiale schermante, i domini magnetici subiscono vibrazioni e dissipano l'energia magnetica sotto forma di calore sotto l'azione del campo magnetico. Poiché l'acciaio al silicio e le leghe mu-metalliche presentano anisotropia di permeabilità e non possono essere martellate, piegate o saldate durante la costruzione (sebbene teoricamente il trattamento termico possa migliorare queste proprietà, non è pratico per prodotti fissi di grandi dimensioni), le loro prestazioni effettive sono significativamente ridotto. Tuttavia, possono comunque essere utilizzati per scopi supplementari o di rinforzo in determinate aree speciali senza martellare, piegare o saldare. I materiali ad alta permeabilità sono costosi, quindi generalmente non sono ampiamente utilizzati nella schermatura del microscopio elet...

L'ambiente di un laboratorio di microscopia elettronica non ha un impatto diretto sul microscopio elettronico stesso, ma influisce piuttosto sulla qualità dell'immagine e sulle prestazioni complessive. Durante il funzionamento di un microscopio elettronico, il sottile fascio di elettroni deve viaggiare in un ambiente ad alto vuoto, coprendo una distanza di 0,7 metri (per Scanning Eelettrone Microscope) fino a oltre 2 metri (per Ttrasmissione Electron Microscope). Lungo il percorso, fattori esterni come campi magnetici, vibrazioni del terreno, rumore nell'aria e flussi d'aria possono far deviare il fascio di elettroni dal percorso previsto, portando a un degrado della qualità dell'immagine. Pertanto, è necessario soddisfare requisiti specifici per l'ambiente circostante. Il Asistema Lbassa frequenza Demagnetizzazione Ssistema, composto principalmente da un rilevatore, un controller, e bobina di smagnetizzazione, è un dispositivo specializzato utilizzato per mitigare i campi elettromagnetici a bassa frequenza da 0,001 Hz a 300 Hz, denominato Demagnetizzatore. Smagnetizzatori possono essere classificati in tipi CA e CC in base ai loro intervalli di lavoro e alcuni modelli combinano entrambi i tipi per soddisfare diversi ambienti di lavoro. I vantaggi degli smagnetizzatori a bassa frequenza includono le dimensioni ridotte, il design leggero e salvaspazio e la possibilità di essere installati dopo la costruzione. Sono particolarmente adatti per ambienti in cui è difficile realizzare schermature magnetiche, come le camere bianche. Indipendentemente dalla marca, i principi di funzionamento di base degli smagnetizzatori sono gli stessi. Utilizzano un rilevatore a tre assi per rilevare segnali di interferenza elettromagnetica, controllare dinamicamente ed emettere correnti antifase attraverso un controller PID e generare campi magnetici antifase con bobine di smagnetizzazione tridimensionali (tipicamente tre serie di sei bobine rettangolari quasi-Helmholtz ), neutralizzando e annullando efficacemente il campo magnetico in un'area specifica, riducendolo a un livello di intensità inferiore. La precisione teorica della smagnetizzazione degli smagnetizzatori può raggiungere 0,1 m Gauss p-p o 10 nT e alcuni modelli dichiarano una precisione ancora migliore, ma ciò è ottenibile solo al centro del rilevatore e non può essere misurato direttamente da altri strumenti a causa dell'interferenza reciproca a distanza ravvicinata. distanze o il fenomeno della "Superficie Equipotenziale" a distanze maggiori. Gli smagnetizzatori regolano automaticamente la corrente di smagnetizzazione in base ai cambiamenti nell'ambiente. A volte, la corrente può essere significativa. È importante prestare attenzione al layout del cablaggio quando altri strumenti sensibili si trovano nelle immediate vicinanze per evitare interferenze con il loro normale funzionamento. Ad esempio, i dispositivi di esposizione a fasci di elettroni sono stati influenzati dai rilevatori di campo magnetico fu...

L'ambiente di un laboratorio di microscopia elettronica non ha un impatto diretto sul microscopio elettronico stesso, ma influisce piuttosto sulla qualità dell'immagine e sulle prestazioni complessive del microscopio. Durante il funzionamento di un microscopio elettronico, il sottile fascio di elettroni deve viaggiare in un ambiente ad alto vuoto, coprendo una distanza da 0,7 metri (per Microscopio elettronico a scansionee) a oltre 2 metri (per Microscopio elettronico a trasmissionee). Lungo il percorso, fattori esterni come campi magnetici, vibrazioni del terreno, rumore nell'aria e flussi d'aria possono far deviare il fascio di elettroni dal percorso previsto, portando a un degrado della qualità dell'immagine. Pertanto, è necessario soddisfare requisiti specifici per l'ambiente circostante. Come è noto, le onde elettromagnetiche sono costituite da campi magnetici ed elettrici alternati. Tuttavia, è importante considerare la frequenza quando si misurano le onde elettromagnetiche utilizzando campi magnetici o elettrici. In pratica bisogna tenere conto della frequenza. A frequenze molto basse (poiché la frequenza tende a zero, equivalente a un campo magnetico CC), la componente magnetica dell'onda elettromagnetica diventa più forte mentre la componente elettrica si indebolisce. All’aumentare della frequenza la componente elettrica si rafforza e quella magnetica diminuisce. Si tratta di una transizione graduale senza un punto di svolta netto. Generalmente, da zero a pochi kilohertz, la componente del campo magnetico può essere ben caratterizzata e per misurare l'intensità del campo vengono utilizzate unità come Gauss o Tesla. Al di sopra di 100 kHz, la componente del campo elettrico viene misurata meglio e l'unità utilizzata per l'intensità del campo è il volt per metro (V/m). Quando si ha a che fare con un ambiente elettromagnetico a bassa frequenza con una forte componente di campo magnetico, ridurre direttamente il campo magnetico è un approccio efficace. Avanti, ci concentreremo sull'applicazione pratica della schermatura di un campo elettromagnetico a bassa frequenza (0-300 Hz), con un'intensità del campo magnetico compresa tra 0,5 e 50 milligauss (picco-picco) in un volume schermato di 40-120 metri cubi . Considerando il rapporto costo-efficacia, il materiale di schermatura utilizzato è generalmente una piastra di acciaio a basso tenore di carbonio Q195 (precedentemente nota come A3). Poiché la perdita per correnti parassite di un singolo materiale spesso è maggiore di quella di più strati sottili (con lo stesso spessore totale), sono preferiti materiali monostrato più spessi a meno che non vi siano requisiti specifici. Stabiliamo un modello matematico: 1. Derivazione della formula Poiché l'energia delle onde elettromagnetiche a bassa frequenza è composta principalmente da energia del campo magnetico, possiamo utilizzare materiali ad alta permeabilità per fornire percorsi di bypass magnetico per ridurre la densità del flusso magnetico all'int...

Limite di diffrazione Punti di diffrazione La diffrazione si verifica quando una sorgente luminosa puntiforme passa attraverso un'apertura circolare, creando uno schema di diffrazione dietro l'apertura. Questo modello è costituito da una serie di anelli concentrici luminosi e scuri noti come dischi di Airy. Quando i dischi di Airy di due sorgenti puntiformi si sovrappongono, si verifica un'interferenza che rende impossibile distinguere tra le due sorgenti. La distanza tra i centri dei dischi di Airy, che è uguale al raggio del disco di Airy, determina il limite di diffrazione. Il limite di diffrazione impone una limitazione alla risoluzione dei microscopi ottici, impedendo la distinzione risolvibile di oggetti o dettagli troppo vicini tra loro. Minore è la lunghezza d'onda della luce, minore è il limite di diffrazione e maggiore è la risoluzione. Inoltre, i sistemi ottici con un'apertura numerica (NA) maggiore hanno un limite di diffrazione più piccolo e quindi una risoluzione più elevata. Dischi ariosi La formula per il calcolo della risoluzione, NA rappresenta l'apertura numerica: Risoluzioneï¼rï¼ = 0,16λ / NA Nel corso della storia, gli scienziati hanno intrapreso un viaggio lungo e impegnativo per superare il limite di diffrazione nei microscopi ottici. Dai primi microscopi ottici alle moderne tecniche di microscopia a super risoluzione, i ricercatori hanno continuamente esplorato e innovato. Hanno tentato vari metodi, come l'utilizzo di sorgenti luminose a lunghezza d'onda più corta, il miglioramento della progettazione degli obiettivi e l'impiego di tecniche di imaging specializzate. Alcuni importanti progressi includono: 1. Microscopia ottica a scansione a campo vicino (NSOM): NSOM utilizza una sonda posizionata vicino alla superficie del campione per sfruttare l'effetto del campo vicino e ottenere immagini ad alta risoluzione. 2. Microscopia a deplezione delle emissioni stimolate (STED): STED utilizza l'effetto di deplezione delle emissioni stimolate delle molecole fluorescenti per ottenere immagini a super risoluzione. 3. Microscopia a illuminazione strutturata (SIM): La SIM migliora la risoluzione dell'immagine attraverso modelli di illuminazione specifici e algoritmi di elaborazione delle immagini. 4. Microscopia di localizzazione di singola molecola (SMLM): SMLM ottiene immagini ad altissima risoluzione localizzando e tracciando con precisione le singole molecole fluorescenti. 5. Microscopia ad immersione in olio: L'immersione della lente dell'obiettivo in un olio trasparente aumenta l'apertura numerica nello spazio dell'oggetto, con conseguente miglioramento della risoluzione. 6. Microscopio elettronico: Sostituendo i fasci di luce con i fasci di elettroni, la microscopia elettronica sfrutta la natura ondulatoria della materia secondo il principio di de Broglie. Gli elettroni, avendo massa rispetto ai fotoni, possiedono una lunghezza d'onda più piccola e mostrano meno diffrazione, consentendo una risoluzione dell'immagine più elevata...

Sapevi che la luce può creare il suono? Alla fine del XIX secolo, lo scienziato Alexander Graham Bell (considerato uno degli inventori del telefono) scoprì il fenomeno dei materiali che producono onde sonore dopo aver assorbito l'energia luminosa, noto come effetto fotoacustico.   Alexander Graham Bell Fonte immagine: tecnologia Sina   Dopo gli anni '60, con lo sviluppo della tecnologia di rilevamento dei segnali deboli, apparvero microfoni altamente sensibili e microfoni piezoelettrici in ceramica. Gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica di analisi spettroscopica basata sull'effetto fotoacustico: la spettroscopia fotoacustica, che può essere utilizzata per rilevare le sostanze dei campioni e le loro proprietà termiche spettroscopiche, diventando un potente strumento per la ricerca fisico-chimica in composti inorganici e organici, semiconduttori, metalli, materiali polimerici , eccetera.     Come possiamo fare in modo che la luce crei il suono? Come mostrato nella figura seguente, una sorgente luminosa modulata da un monocromatore, oppure una luce pulsata come un laser pulsato, incide su una cella fotoacustica. Il materiale da misurare nella cella fotoacustica assorbe l'energia luminosa e il tasso di assorbimento varia con la lunghezza d'onda della luce incidente e del materiale. Ciò è dovuto ai diversi livelli energetici delle molecole atomiche costituite nei diversi materiali, e il tasso di assorbimento della luce da parte del materiale aumenta quando la frequenza ν della luce incidente è vicina al livello energetico hν. Le molecole atomiche che saltano a livelli energetici più alti dopo aver assorbito la luce non rimangono ai livelli energetici più alti; tendono invece a rilasciare energia e a rilassarsi tornando allo stato fondamentale più basso, dove l'energia rilasciata spesso appare come energia termica e fa sì che il materiale si espanda termicamente e cambi di volume. Quando limitiamo il volume di un materiale, ad esempio, inserendolo in una cella fotoacustica, la sua espansione porta a cambiamenti di pressione. Dopo aver applicato una modulazione periodica all'intensità della luce incidente, anche la temperatura, il volume e la pressione del materiale cambiano periodicamente, risultando in un'onda meccanica rilevabile. Questa oscillazione può essere rilevata da un microfono sensibile o da un microfono ceramico piezoelettrico, che è ciò che chiamiamo segnale fotoacustico.   Schema di principio     In che modo un amplificatore lock-in misura i segnali fotoacustici?   In sintesi, il segnale fotoacustico è generato da un segnale di pressione molto più piccolo convertito da un calore molto piccolo (rilasciato dal rilassamento atomico o molecolare). Il rilevamento di segnali così estremamente deboli non può necessariamente essere effettuato senza amplificatori lock-in.   Nella spettroscopia fotoacustica, il segnale raccolto dal microfono deve essere amplificato da un preamplificatore e qu...

I microscopi Eelettronici a trasmissione (TEM) e i microscopi elettronici a scansione (SEM) sono strumenti indispensabili nella moderna ricerca scientifica. Rispetto ai microscopi ottici, i microscopi elettronici offrono una risoluzione più elevata, consentendo l'osservazione e lo studio della microstruttura dei campioni su scala più piccola. I microscopi elettronici possono fornire immagini ad alta risoluzione e ad alto ingrandimento utilizzando le interazioni tra un fascio di elettroni e un campione, consentendo ai ricercatori di ottenere informazioni critiche che potrebbero essere difficili da ottenere con altri metodi. Quale microscopio è più adatto a te? Quando si sceglie la tecnica di microscopia elettronica appropriata per le proprie esigenze, è necessario considerare vari fattori per determinare la soluzione migliore. Ecco alcune considerazioni che possono aiutarti a prendere una decisione: Scopo dell'analisi: Innanzitutto, è importante determinare lo scopo dell'analisi. Diverse tecniche di microscopia elettronica sono adatte a diversi tipi di analisi. a. Se sei interessato a caratteristiche della superficie di un campione, come rugosità o rilevamento di contaminazione, un Sinscatolamento Eelettronico Microscopio (SEM) potrebbe essere più adatto. b. Tuttavia, se si desidera comprendere la struttura cristallina di un esemplare e rilevare difetti strutturali o impurità, una Ttrasmissione Emicroscopio elettronico M(TEM) potrebbe essere più appropriato. Requisiti di risoluzione: A seconda dei requisiti di analisi, potresti avere esigenze di risoluzione specifiche. A questo proposito, il TEM ha generalmente una risoluzione maggiore capacità rispetto al SEM. Se è necessario eseguire imaging ad alta risoluzione, in particolare per l'osservazione di strutture fini, la TEM potrebbe essere più adatta. Scampione Preparazione: Una considerazione importante è la complessità della preparazione del campione . a. I campioni SEM richiedono in genere una preparazione minima o nessuna e il SEM consente una maggiore flessibilità nelle dimensioni dei campioni , poiché possono essere montati direttamente su stadio del campione per l'imaging. b. Al contrario, il processo di preparazione del campione per TEM è molto più complesso e richiede il funzionamento di ingegneri esperti. I campioni TEM devono essere estremamente sottili, tipicamente inferiori a 150 nm, o anche inferiori a 30 nm, e il più piatti possibile. Ciò significa che la preparazione del campione TEM potrebbe richiedere più tempo e competenze. Tipo di immagini: SEM fornisce immagini tridimensionali dettagliate della campione superficie, mentre TEM fornisce immagini di proiezione bidimensionali della struttura interna del campione. a. La scansione Eelettrone Microscope (SEM) fornisce immagini tridimensionali della morfologia superficiale del campione . Viene utilizzato principalmente per l'analisi morfologica. Se è necessario esaminare la morfologia superficiale di un materiale, è possibile utilizzar...

Cos'è il materiale antiferromagnetico?   Figura 1: Disposizione del momento magnetico negli antiferromagneti   Le proprietà comuni del ferro sono ferromagnetismo, ferroelettricità e ferroelasticità. I materiali con due o più proprietà del ferro contemporaneamente sono chiamati materiali multiferroici. I multiferroici di solito hanno forti proprietà di accoppiamento del ferro, cioè una proprietà del ferro del materiale può modulare un'altra proprietà del ferro, come l'utilizzo di un campo elettrico applicato per modulare le proprietà ferroelettriche del materiale e quindi influenzare le proprietà ferromagnetiche del materiale. Si prevede che tali materiali multiferroici costituiranno la prossima generazione di dispositivi di spin elettronici. Tra questi, i materiali antiferromagnetici sono stati ampiamente studiati perché mostrano una buona robustezza al campo magnetico applicato.   L'antiferromagnetismo è una proprietà magnetica di un materiale in cui i momenti magnetici sono disposti in ordine sfalsato antiparallelo e non mostrano un momento magnetico netto macroscopico. Questo stato magneticamente ordinato è chiamato antiferromagnetismo. All'interno di un materiale antiferromagnetico, gli spin degli elettroni di valenza adiacenti tendono ad essere in direzioni opposte e non viene generato alcun campo magnetico. I materiali antiferromagnetici sono relativamente rari e la maggior parte di essi esiste solo a basse temperature, come ossido ferroso, leghe di ferromanganese, leghe di nichel, leghe di terre rare, boruri di terre rare, ecc. Tuttavia, esistono anche materiali antiferromagnetici a temperatura ambiente, come BiFeO3, che è attualmente oggetto di ricerche approfondite.   Prospettive applicative dei materiali antiferromagnetici La conoscenza dell'antiferromagnetismo è dovuta principalmente allo sviluppo della tecnologia di diffusione dei neutroni che ci permette di "vedere" la disposizione degli spin nei materiali e quindi confermare l'esistenza dell'antiferromagnetismo. Forse il Premio Nobel per la fisica ha ispirato i ricercatori a concentrarsi sui materiali antiferromagnetici e il valore dell’antiferromagnetismo è stato gradualmente esplorato.   I materiali antiferromagnetici sono meno suscettibili alla ionizzazione e alle interferenze del campo magnetico e hanno frequenze proprie e frequenze di transizione di stato di diversi ordini di grandezza superiori rispetto ai tipici materiali ferromagnetici. L'ordinamento antiferromagnetico nei semiconduttori è più facilmente osservabile dell'ordinamento ferromagnetico. Questi vantaggi rendono i materiali antiferromagnetici un materiale attraente per la spintronica.   La nuova generazione di memoria magnetica ad accesso casuale utilizza metodi elettrici per scrivere e leggere informazioni sui ferromagneti, il che può ridurre l'immunità dei ferromagneti e non favorisce l'archiviazione stabile dei dati, e i campi vaganti dei materiali ferromagnetici possono rappresenta...