Fig. 1. Principiul tomografiei electronice. Figura din cartea J. Frank "Tomografia electronică: metode pentru vizualizarea tridimensională a structurilor în celulă"
Tomografia electronică vă permite să vizualizați structura tridimensională a diferitelor micro- și nanoobiecte, cum ar fi o celulă unică a unei substanțe cristaline, o celulă biologică sau un virus. Oamenii de știință de la Institutul de Tehnologie din California au creat o tomografie electronică 4D, reușind să integreze cea de-a patra măsură de măsurare - în tomografia electronică convențională. Cu ajutorul acestuia puteți urmări caracteristicile spațiului-timp ale structurii obiectului studiat cu o rezoluție nanometri-femtosecunde.
Tomografia electronică a apărut la sfârșitul anilor 60 ai secolului trecut și, pentru o lungă perioadă de timp, datorită încetinirii calculatoarelor care calculează valorile intensității, a fost un proces foarte laborios. Odată cu apariția calculatoarelor puternice și rapide, a devenit posibilă reconstrucția aproape instantanee a datelor de difracție a formei tridimensionale a probei studiate (figura 2).
În al doilea rând, dacă vorbim despre dinamica structurii interne a unui obiect pe o scară atomică sau moleculară, atunci intervalul de timp δt trebuie să fie foarte mic. la nivelul nano- și picosecunde, sau chiar mai puțin.
Fig. 2. Evoluția tomografiei tridimensionale. Figura din cartea J. Frank "Tomografia electronică: metode pentru vizualizarea tridimensională a structurilor în celulă"
După aceea, cu o anumită întârziere controlată - de la câteva femtosecunde (femto = 10-15) până la mai multe nanosecunde cu privire la pulsul laser - se declanșează fasciculul de electroni. Dispersând pe eșantion, electronii își creează imaginea bidimensională pe ecran. Apoi, cu un anumit interval de timp, care poate varia de la o femtosecundă la o nanosecundă (în funcție de cât de repede se schimbă structura obiectului), substratul se rotește cu un unghi de 1 °. După iradierea cu electroni, se obține o nouă imagine bidimensională a obiectului. Întregul proces se repetă pentru un interval unghiular de la -58 ° la + 58 ° (0 ° corespunde unei incidențe perpendiculare a fasciculului de electroni pe substrat). Ca urmare a prelucrării proiecțiilor obținute, se calculează o imagine tridimensională a probei studiate.
În Fig. 3 prezintă rezultatele tomografiei - imagini ale unei brățări de carbon la momente diferite care au trecut după ce un laser a fost împușcat într-o nanotub. Energia electronilor în procesul de tomografie a fost de 200 keV (lungime de undă 2,5 picometre).
Fig. 4. Cadre individuale din tomograma electronică 4D a nanotubului de carbon pentru diferite unghiuri de vizualizare și la intervale de timp diferite (5, 15, 30 și 75 nanosecunde). Timpul este calculat din momentul în care căldura este aplicată nanotubului. Săgețile indică direcția de deplasare a secțiunilor individuale ale obiectului studiat. Culoarea neagră a unor zone ale nanotubului înseamnă că s-au întors în poziția inițială înainte de cursa de căldură (la t = 0). Inserțiile de pe fiecare cadru corespund imaginii "netratate" a nanotubului la unghiul de înclinare zero al substratului (fasciculul de electroni cade perpendicular pe acesta). Imagine din articolul discutat în știință
Trebuie remarcat faptul că procesul de tomografie electronică 4D nu introduce modificări neprevăzute și semnificative în structura nanotubului. Doza medie necesară pentru a obține o probă 2D a eșantionului nu a depășit 15 electroni pe nanometru pătrat cu o distanțare între impulsuri de ordinul nanosecundelor. În intervalul femtosecond, această valoare a scăzut cu câteva ordine de mărime. Doza totală primită de nanotuburi pe întreaga durată a tomografiei în patru dimensiuni este de două ordine de mărime mai mică decât valoarea la care începe deformarea ireversibilă.
Trimiteți-le prietenilor: