Kuituoptinen elektronitykki ja voima-anturi

Valo liikkuu kuidun läpi ja stimuloi nanokärjen metalli-elektroneja kollektiivisiin värähtelyihin, jotka auttavat elektroneja poistumaan kärjestä.

Oak Ridge National Laboratoryn ja Nebraskan yliopiston tutkijat ovat kehittäneet helpomman tavan tuottaa elektroneja nanoskaalaiseen kuvantamiseen ja tunnistamiseen tuottamalla uuden työkalun materiaalitieteelle, biokuvantamiselle ja kvanttitutkimukselle.

Tutkijat raportoivat, että ampumalla intensiivistä laserpulsseja kuituoptisen metalloidun nanokärjen kautta saadaan kärki emittoimaan pintaplasmoniresonanssin kautta elektroneja, muodostaen näin nopean ”elektronitykin”, jota voidaan käyttää koettimena materiaaleille. Laitteen avulla tutkijat voivat tutkia pintoja nopeasti mistä tahansa kulmasta, mikä tarjoaa valtavan edun aiempiin vaikeasti liikuteltaviin tekniikoihin verrattuna.

"Se toimii valoaktivoinnin periaatteella, joten valo tulee kärkeen ja stimuloi siinä olevia metallielektroneja juuri oikealla tavalla, jotta ne saisivat tarpeeksi energiaa tulla ulos", kertoi ORNL:n Ali Passian.

Elektronit ovat korvaamaton työkalu materiaalien pintaominaisuuksien tarkkaan tarkasteluun. Subatomiset hiukkaset, joiden aallonpituudet ovat lyhyempiä kuin fotonit, voivat suurentaa kohteita nanometrien resoluutiolla - eksponentiaalisesti suuremmalla kuin valolla tapahtuva suurennus.

Tutkijat ovat käyttäneet jo pitkään teräviä nanokärkiä elektronien emittoimiseksi tiiviisti kohdennettuina säteinä. Ennen tätä keksintöä nanokärkiset emissiomenetelmät tukeutuivat ulkoiseen valostimulaatioon, jossa lasersäde oli kohdistettava tarkasti nanokärjen huippuun. Tällaisen järjestelyn liikuttelu on teknisesti hankalaa.

Mutta Passianilla oli idea erilaisesta lähestymistavasta. Ampumalla laservaloa joustavassa optisessa kuidussa ja sen kapenevan metallipäällysteisen nanokärjen läpi hän ennusti voivansa luoda helpommin ohjattavan työkalun.

Ryhmä osoitti, että tämän perustoiminnan lisäksi menettely mahdollisti erikoistoiminnan, jota tarvitaan futuristiselle elektronisen haamukuvantamisen sovellukselle. Niputtamalla useita kuitujen nanokärkiä yhteen tutkijaryhmä toivoo saavuttavansa elektronisen haamukuvan nanoskaalalla.

Slovenialaisen Mariborin yliopiston tutkijat ovat puolestaan kehittäneet pienen kuituoptisen voima-anturin, joka voi mitata pienten esineiden aiheuttamia voimia mikronewtonien resoluutiolla.

Koestava anturi on valmistettu piilasista ja sylinterin muotoisena se on 800 mikronia pitkä ja halkaisijaltaan 100 mikronia. Mittaustapa perustuu Fabry-Perot-interferometriin - optiseen onteloon, joka on valmistettu kahdesta yhdensuuntaisesta heijastavasta pinnasta.

Tutkijat käyttivät anturiaan mittaamaan hiusten ja voikukan siementen Young-moduulia - jäykkyyden mittaria. He mittasivat myös nesteen pintajännityksen mittaamalla takaisinvetovoimaa, kun pienoissylinteri poistettiin nesteestä.

Aiheista aiemmin:

Tarkempaa kasvihuonekaasujen analyysiä (haamukuvaus)

Ennätysherkkä venymäanturi