美國(guó)能源部TEAM 0.5計(jì)劃
TEAM 計(jì)劃是由美國(guó)能源部基礎(chǔ)能源科學(xué)司投資數(shù)千萬(wàn)美元資助的顯微學(xué)項(xiàng)目。該項(xiàng)目將促成一臺(tái)新型顯微鏡的誕生。這臺(tái)能在前所未有的0.5 埃分辨率下直接觀察和分析納米結(jié)構(gòu)的顯微鏡，必將創(chuàng)造卓越的新科學(xué)良機(jī)。0.5 埃大約是碳原子尺寸的三分之一，也是原子尺度研究的一個(gè)關(guān)鍵尺寸。 在此項(xiàng)獨(dú)一無(wú)二的計(jì)劃中，電子顯微學(xué)領(lǐng)域頗有建樹的五家主要實(shí)驗(yàn)室(阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，Brookhaven 國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，勞倫斯伯克力國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，F(xiàn)rederick Seitz 材料研究室)通力合作，并篩選出FEI 公司為研發(fā)伙伴。每家實(shí)驗(yàn)室分別在這項(xiàng)雄心勃勃的使命中擔(dān)當(dāng)不同的角色，以期實(shí)現(xiàn)(甚至在三維空間)直接觀察原子尺度的有序度、電子結(jié)構(gòu)、單體納米結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)。提議中的電子顯微鏡，自成一小型材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，可進(jìn)行實(shí)時(shí)的分析和特征描述，以促進(jìn)獨(dú)特的多學(xué)科交叉研究。 像差矯正電子顯微技術(shù)將是TEAM 顯微鏡的核心。為達(dá)到0.5 埃分辨率而需要的更密集、更明亮的電子束，也會(huì)導(dǎo)致更強(qiáng)的樣品信息、更高的圖像襯度、更靈敏的分析本領(lǐng)以及史無(wú)前例的空間分辨率。成功開發(fā)新型像差矯正器將展現(xiàn)最基本的原子世界景觀。矯正器的設(shè)計(jì)和開發(fā)，將與CEOS 公司(FEI 公司在尖端矯正器技術(shù)上的協(xié)作單位)合作完成。 傳輸電子失常校正顯微鏡(TEAM0.5)是美國(guó)基礎(chǔ)能源科技局、美國(guó)伊利諾斯州大學(xué)和FEI與德國(guó)CEOS二家顯微鏡公司聯(lián)手開發(fā)而成的。傳統(tǒng)的透射電子顯微鏡（TEM）和掃描透射電子顯微鏡的分辨率有限，不能讓研究人員從原子水平來(lái)研究材料。此最新的顯微鏡可以達(dá)到0.5埃的分辨率，是一個(gè)碳原子直徑的4四分之一，比最小氫原子的直徑還要小，從而可以讓各個(gè)學(xué)科的科學(xué)家描述原子級(jí)別的結(jié)構(gòu)，能比先前更加準(zhǔn)確地分析化學(xué)物質(zhì)。 TEAM項(xiàng)目負(fù)責(zé)人尤利?達(dá)蒙解釋說(shuō)，此顯微鏡由于分辨率出眾，成為世界最好的顯微鏡，而且，其對(duì)照和低信噪比也比他人更勝一籌?！坝捎谄湫旁氡热绱撕茫梢詫?duì)一個(gè)個(gè)原子調(diào)焦，再加上足夠好的靈敏度，可以獲得單個(gè)納米粒子的3維原子結(jié)構(gòu)的立體信息?！?/span> 為達(dá)到這種分辨率，TEAM 0.5采用了最可能的先進(jìn)技術(shù)，包括超穩(wěn)定電子裝置、改進(jìn)的失常校正器和特別明亮的電子源。球面像差是由鏡頭形狀導(dǎo)致的，會(huì)使圖像降級(jí)，使光點(diǎn)看起來(lái)像圓盤，校正之后能產(chǎn)生戲劇性的驚人效果，使圖像面目一新。在此新顯微鏡中，一系列不同幾何形狀的多極磁鐵鏡頭可塑造電子束。達(dá)蒙說(shuō)：“電子顯微鏡校正球面像差理論上早就可行，但直到最近才成為實(shí)際應(yīng)用。”這是因?yàn)楫?dāng)今的穩(wěn)定電子裝置可減小漂移，還有快速的電腦能實(shí)時(shí)連續(xù)地進(jìn)行調(diào)焦。據(jù)介紹，TEAM 0.5可校正更高序列的失常，包括球面像差。 在FEI公司進(jìn)行的初步測(cè)試中，此顯微鏡能看到2個(gè)金晶體接觸時(shí)單個(gè)原子及其它們搭建的“納米橋”，只有幾十埃寬，將2個(gè)晶體連接起來(lái)。從一個(gè)方向到另一個(gè)方向，研究人員看到單個(gè)金原子在不斷變換位置。 TEAM 0.5的基本系統(tǒng)已經(jīng)在運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一系列嚴(yán)格的調(diào)試和調(diào)整之后，它將在2008年10月對(duì)外開放使用。不過(guò)，研究人員現(xiàn)在還在對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)，附加組件和設(shè)施正在完善和調(diào)試之中，包括控制室顯示屏和高清電視。 為了解決單個(gè)原子在結(jié)構(gòu)中的位置，得從不同角度進(jìn)行拍照，之后，電腦重組此樣品的3D斷層X光掃描圖或CAT掃描圖。為做到這一點(diǎn)，此顯微鏡得可以在電子束下傾斜和旋轉(zhuǎn)樣品，向各個(gè)方向移動(dòng)樣品，這一功能要求正在開發(fā)之中。 現(xiàn)在使用的是比樣品階段更小的機(jī)器，新的TEAM階段將通過(guò)此顯微鏡縱列全部布置好。當(dāng)電流加大時(shí)，如此操縱樣品會(huì)導(dǎo)致變形，新的TEAM階段將可以控制和復(fù)制此樣品的位置和姿態(tài)，精確度小于十億分之一米。TEAM I顯微鏡將在2009年初安裝。TEAM I還將校正圖像束的像差，這在之前是從來(lái)沒有做到的。當(dāng)透鏡以不同角度折射不同波長(zhǎng)的光或電子時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生像差。 目前，TEAM 已經(jīng)有了競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，去年2月，美國(guó)和日本東京理工大學(xué)聯(lián)手在打造有競(jìng)爭(zhēng)性的S/TEM顯微鏡，將很快勝過(guò)TEAM項(xiàng)目的0.5埃分辨率和亞埃3D成像能力。
