• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nowe podejście do ruchu obrotowego wiązki elektronów

    17.09.2010. 18:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    W ramach badań finansowanych przez UE naukowcy opracowali nowy sposób wytwarzania obracających się wiązek elektronów. Opisana w czasopiśmie Nature technika może zostać wykorzystana do badania właściwości magnetycznych materiałów, a także do działań na mikroskopijnych cząsteczkach i wprawiania ich w ruch.

    Prace zostały sfinansowane kwotą 8,7 mln euro pochodzącą ze środków UE przeznaczonych na projekt ESTEEM ("Rozproszona europejska infrastruktura zaawansowanej mikroskopii elektronowej w nanonauce"), którego budżet wyniósł 10 mln euro i pochodził ze środków programu "Infrastruktury badawcze", stanowiącego część unijnego Szóstego Programu Ramowego (6PR).

    Przez wiele lat do badania materii wykorzystywano wiązki elektronów. Obecnie powszechny element wyposażenia laboratoriów na całym świecie stanowią transmisyjne mikroskopy elektronowe (transmission electron microscopes, TEM). Jednak zwyczajna wiązka elektronów nie dostarcza badaczom informacji o właściwościach magnetycznych przedmiotu. Do tego potrzebna jest wiązka elektronów wirująca w sposób podobny do powietrza w trąbie powietrznej.

    Wirujące wiązki światła są od pewnego czasu wykorzystywane na przykład w mikrosilnikach oraz szczypcach optycznych. Umożliwiają prowadzenie operacji na cząsteczkach o rozmiarach wyrażanych w mikrometrach. Wirująca wiązka elektronów mogłaby stanowić narzędzie manipulowania nanocząsteczkami, jednak jej wytworzenie okazało się trudne.

    Japoński zespół badaczy wytworzył w tym roku skręconą wiązkę elektronów. Technika ta wymagała użycia płytek grafitowych, a następnie określenia punktu ustawienia co najmniej dwóch warstw, pozwalającego uzyskać spiralną konstrukcję. Konstrukcja ta umożliwia skręcenie przepływających przez nią wiązek elektronów. Teoretycznie podobną konstrukcję można otrzymać w sztuczny sposób, jednak w praktyce jest to niesłychanie trudne, ponieważ wiąże się z obróbką w nanoskali.

    W ramach najnowszego badania naukowcy z belgijskiego Uniwersytetu w Antwerpii oraz z Politechniki Wiedeńskiej przyjęli inne podejście do tego problemu. Zespół skonstruował siatkowatą matrycę wykonaną z płytki z folii platynowej o grubości 100 nanometrów. Matryca posiadała obszary przezroczyste, umożliwiające przepływ elektronów, oraz obszary nieprzezroczyste, uniemożliwiające ich przepływ. Skierowanie wiązki elektronów na matrycę powodowało ugięcie wiązki, analogicznie do ugięcia wiązki światła przy przechodzeniu przez drobną siatkę. Aby umożliwić przekształcanie zwyczajnych wiązek elektronów w wiązki wirujące, starannie zaprojektowano odpowiedni kształt siatki. Wykonanie takiej siatki jest względnie proste, ponieważ jej rozmiary wyrażają się nie w nanometrach, a w mikrometrach.

    Badacze piszą, że "technika ta stanowi powtarzalną metodę wytwarzania wirujących wiązek elektronów za pomocą tradycyjnego mikroskopu elektronowego". "Zaprezentowaliśmy sposób wykorzystania tych wiązek w spektroskopii strat energii elektronów w celu wykrywania stanu magnetycznego materiałów oraz określania ich właściwości. Uzyskane wyniki pokazują, że wirujące wiązki elektronów mogą się przyczynić do wdrożenia nowych technologii, szczególnie w zakresie analizy nanomateriałów oraz ich obróbki. Wiązki te są także łatwe do wytworzenia".

    Prof. Peter Schattschneider z Politechniki Wiedeńskiej, jeden z autorów publikacji, zwrócił uwagę, że "wiązki elektronów można wykorzystać w ukierunkowany sposób do rozpędzania bardzo małych kół silników mikroskopijnych rozmiarów. Poza tym pole magnetyczne obracających się elektronów może znaleźć zastosowanie w działaniach w najbardziej mikroskopijnych skalach". Być może realne stanie się także użycie tej technologii w dziedzinie przesyłania danych (kryptografia kwantowa) oraz w komputerach kwantowych.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Dyfrakcji elektronów o niskiej energii (LEED) (ang. Low Energy Electron Diffraction) – technika badawcza stosowana w celu określenia struktury powierzchni materiałów krystalicznych polegająca na bombardowaniu skolimowaną wiązką elektronów o niskiej energii (20-200 eV) powierzchni i obserwacji dyfrakcji elektronów na ekranie fluorescencyjnym. Używana jest również nazwa dyfrakcja niskoenergetycznych elektronów. Emisja wtórna jest rodzajem emisji elektronów zwanych wtórnymi z powierzchni ciała stałego, pod wpływem działania na to ciało wiązki elektronów (bądź jonów lub innych cząstek) o dostatecznie dużej energii.
    Emisja tego rodzaju składa się z trzech etapów:
    1. Wzbudzenie elektronów w ciele stałym do wyższego poziomu energetycznego,
    2. Transport wzbudzonych elektronów do granicy ciało stałe-próżnia,
    3. Emisja elektronów. Emisja termoelektronowa – emisja elektronów przez rozgrzane ciała, w wyniku cieplnego pobudzenia elektronów. Dla większości ciał emisja termoelektronowa zachodzi w temperaturach powyżej 1000 kelwinów, a dla trudnotopliwych metali w temperaturach powyżej 2000K.

    Metoda Kohna-Shama to praktyczna realizacja DFT, najszerzej stosowana. Istotne w niej jest zastąpienie oddziaływań pomiędzy elektronami (problem wielu ciał) koncepcją nieoddziałujących explicite wzajemnie (ale oddziałujących z jądrami i polem zewnętrznym) elektronów, poruszających się w efektywnym potencjale. Potencjał ten uwzględnia oddziaływania dwuelektronowe (korelację kulombowską) oraz korelację wymienną (statystyczną), a także poprawkę do funkcjonału kinetycznego (różnicę między funkcjonałem dla fikcyjnych elektronów nieoddziałujących, a funkcjonałem dla elektronów prawdziwych) i poprawkę zmniejszającą energię samoodziaływania, która w metodzie Hartree-Focka jest tożsamościowo kasowana przez odpowiednie wyrazy całek kulombowskich i wymiennych. Kluczowy jest wybór tego potencjału w taki sposób, że gęstość nieoddziałujących elektronów jest taka, jak prawdziwych. Lampa oscyloskopowa (z łac. oscillare kiwać się i gr. skopein, patrzeć) to lampa obrazowa charakteryzująca się elektrostatycznym odchylaniem wiązki elektronów. Elektrony emitowane przez katodę formowane są w wąską wiązkę w dziale elektronowym (katoda też jest częścią działa elektronowego). Wiązka elektronów wytworzona przez podgrzany drucik – katodę – wysłana zostaje w kierunku ekranu, ilość elektronów – jasność plamki – reguluje potencjał cylindra Wehnelta, natomiast ostrość – potencjały anod przyspieszających, zwiększających jednocześnie prędkość elektronów. Nie odchylona wiązka trafia dokładnie w środek ekranu i rysuje tam świecący punkt. Do odchylenia wiązki tak, aby mogła trafić w każdy punkt ekranu, służą dwie pary płytek odchylających – jedna dla kierunku pionowego, druga dla poziomego.

    Drut kwantowy - jednowymiarowa struktura, w której ruch elektronów jest ograniczony w kierunkach poprzecznych, i pozbawiony ograniczeń w kierunku podłużnym. Ograniczeniem tym są najczęściej bardzo niewielkie rozmiary poprzeczne drutu. Taka struktura charakteryzuje się tym, że energie elektronów związane z ruchem poprzecznym są skwantowane, natomiast ruch elektronów w kierunku podłużnym odbywa się tak jak w krysztale masywnym (w szczególnym przypadku jest to ruch swobodnych nośników). To z kolei powoduje, że opór przewodnika i jego przewodność są skwantowane (formuła Landauera). Częstość plazmowa − częstość własna oscylacji położenia swobodnych elektronów (w znaczeniu − mogących swobodnie przepływać). Jest to istotny parametr, który opisuje właściwości elektryczne plazmy, choć może dotyczyć również elektronów walencyjnych wewnątrz metalu. Wyraża się następującym wzorem:

    Ubichinon (koenzym Q) – organiczny związek chemiczny z grupy chinonów, występujący w mitochondriach komórek roślinnych i zwierzęcych. Jest odpowiedzialny za przenoszenie elektronów w łańcuchu oddechowym. Po przyłączeniu elektronów swobodnie porusza się w wewnętrznej błonie mitochondrialnej umożliwiając transport elektronów między kompleksami białek łańcucha oddechowego, które wbudowane są w wewnętrzną błonę mitochondrialną. Przenosi elektrony między dehydrogenazą NADH (kompleks I), względnie reduktazą bursztynian-koenzym-Q (kompleks II) na kompleks cytochromów bc1, jest więc zatem miejscem zejścia się dróg elektronów pochodzących z NADH oraz FADH2. Magnetyzacja (namagnesowanie) jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał. Przez magnetyzację rozumie się także wielkość fizyczną określającą wytwarzane przez materiał pole magnetyczne, definiuje się ją przez określenie momentów magnetycznych wytworzonych w jednostce objętości. Głównymi składnikami magnetyzacji są orbitalne i spinowe momenty magnetyczne elektronów.

    Działo elektronowe – element urządzeń wytwarzający odpowiednio skierowany strumień elektronów o odpowiedniej energii. Działo elektronowe jest elementem kineskopów, mikroskopów elektronowych, źródłem elektronów w akceleratorach cząstek.

    Addycja elektrofilowa - to reakcja chemiczna, rodzaj addycji, w której związek chemiczny posiadający niedomiar elektronów przyłącza się do związku posiadającego nadmiar elektronów bez odrywania się od tego drugiego produktów ubocznych. Nazwa tej reakcji wynika z tego, że związki z niedomiarem elektronów nazywa się elektrofilami.

    Emisja termoelektronowa – emisja elektronów przez rozgrzane ciała, w wyniku cieplnego pobudzenia elektronów. Dla większości ciał emisja termoelektronowa zachodzi w temperaturach powyżej 1000 kelwinów, a dla trudnotopliwych metali w temperaturach powyżej 2000 K. Emisja polowa – (emisja autoelektronowa lub emisja zimna) emisja elektronów z przewodnika lub półprzewodnika pod działaniem silnego pola elektrycznego występującego w pobliżu powierzchni ciała.

    Dodano: 17.09.2010. 18:17  


    Najnowsze