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Una nuova svolta nei fasci di elettroni

Un team di scienziati finanziati dall'UE ha trovato un metodo per generare fasci di elettroni rotanti. Questa tecnica, descritta nella rivista Nature, potrebbe essere utilizzata per esaminare le proprietà magnetiche dei materiali e potrebbe persino essere impiegata per manipol...

Un team di scienziati finanziati dall'UE ha trovato un metodo per generare fasci di elettroni rotanti. Questa tecnica, descritta nella rivista Nature, potrebbe essere utilizzata per esaminare le proprietà magnetiche dei materiali e potrebbe persino essere impiegata per manipolare e mettere in movimento delle particelle minuscole. Il lavoro è stato supportato dall'UE mediante il progetto ESTEEM ("Distributed European infrastructure of advanced electron microscopy for nanoscience"), che ha ricevuto 8,7 Mio EUR, su un budget da 10 Mio EUR, dal filone "Infrastrutture per la ricerca" del Sesto programma quadro (6° PQ). I fasci di elettroni sono stati impiegati per studiare la materia da molti anni, tanto che i microscopi elettronici a trasmissione (MET) sono ora comuni nei laboratori di tutto il mondo. Tuttavia, un normale fascio di elettroni non fornisce ai ricercatori informazioni sulle proprietà magnetiche di un oggetto. Per questo è necessario un fascio di elettroni a vortice, che ruoti in modo simile al flusso d'aria in un tornado. I vortici di luce esistono già da molto e vengono usati in applicazioni come micro-motori e "pinzette ottiche", permettendo agli scienziati di manipolare particelle su scala micrometrica. Un fascio di elettroni a vortice fornirebbe agli scienziati uno strumento per gestire nanoparticelle, ma la creazione di un simile vortice si è dimostrata alquanto difficile. All'inizio di quest'anno, un team dal Giappone è riuscito a creare un fascio di elettroni con una torsione. La loro tecnica consiste nel produrre fogli di grafite e quindi cercare un punto in cui due o più strati risultano allineati in modo tale da creare una struttura a spirale. Questa struttura a spirale è quindi in grado di imprimere una torsione al fascio di elettroni che la attraversa. In teoria, una simile struttura potrebbe essere creata artificialmente ma, in pratica, questo risulta estremamente difficile poiché richiede delle lavorazioni su scala nanometrica. In questo recente studio, scienziati dall'università di Anversa in Belgio e dal Politecnico di Vienna in Austria hanno adottato un approccio diverso al problema. Il team ha creato una "maschera" a forma di griglia in una lamina di platino spessa 100 nanometri. La maschera comprendeva regioni trasparenti e opache che rispettivamente lasciavano passare gli elettroni o li bloccavano. Quando un fascio di elettroni viene diretto verso la maschera, si ha una diffrazione, proprio come avviene con un fascio di luce quando attraversa una griglia molto sottile. La forma della griglia è accuratamente progettata in modo da convertire normali fasci di elettroni in fasci a vortice. Molto importante è che, poiché le dimensioni della griglia sono misurate in micrometri e non in nanometri, essa risulta relativamente semplice da realizzare. "Questa tecnica rappresenta un metodo riproducibile per creare fasci di elettroni a vortice in un normale microscopio elettronico," scrivono i ricercatori. "Abbiamo dimostrato come essi possono essere utilizzati nella spettroscopia di perdita di energia dell'elettrone per rilevare lo stato magnetico dei materiali e descrivere le loro proprietà. I nostri risultati mostrano che i fasci di elettroni a vortice danno speranze per nuove applicazioni, in particolare per l'analisi e la manipolazione di nanomateriali, e possono essere prodotti in modo semplice." Il professor Peter Schattschneider del Politecnico di Vienna è uno degli autori dello studio. "Questi fasci di elettroni potrebbero essere usati in modo mirato per mettere in movimento minuscole ruote in un motore microscopico," ha sottolineato. "Inoltre, il campo magnetico degli elettroni rotanti potrebbe essere utilizzato nelle scale di misura più piccole." Potrebbe alla fine essere possibile l'applicazione di questa tecnologia al trasferimento di dati (crittografia quantistica) e nei computer quantistici.

Paesi

Austria, Belgio