Nowe podejście do ruchu obrotowego wiązki elektronów
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.
Kraje
Austria, Belgia