Het wonder van de wetenschap komt vaak van de eindeloze mogelijkheden die door elke opeenvolgende ontdekking worden geopend en de onverwachte bevindingen die daaruit voortvloeien. Wetenschappers van de Universiteit van Bristol hebben nu een nieuwe tool die nog meer en ongekende niveaus van informatie zal opleveren - en cruciaal, zonder het natuurlijke te verstoren, fysieke toestand van het onderzochte object.

De afgelopen maanden hebben natuurkundigen van het Interface Analysis Center in Bristol om tijd gestreden op het dualbeam-instrument, die als centrumdirecteur Dr. Tom Scott zegt:"ontsluit de sleutel tot een hele nieuwe wereld".

Het heeft tot nu toe honderden beelden opgeleverd die even mooi als onthullend zijn, en degenen bij de IAC willen graag zien wat de dualbeam nog meer kan doen, werken met collega's van over de hele universiteit om je in alle materie te verdiepen, van diamanten tot insectenoren.

De dualbeam kijkt naar oppervlaktestructuren met een resolutie van minder dan een nanometer – het equivalent van tien miljoenste van de dikte van een mensenhaar. De resolutie van de geproduceerde beelden is slechts één nanometer, die meer dan minuscuul is, aangezien er 1 nodig is 000 nanometer om één micron te maken, en 1, 000 micron vormen een enkele millimeter.

De dualbeam wordt zo genoemd omdat hij werkt met twee systemen:een gefocusseerde ionenbundel (FIB) en een high-spec veldemissie scanning elektronenmicroscoop (SEM). Het werkt met galliumionen die zijn afgeleid van een vloeibare metaalionenbron die naar het oppervlak worden gericht in een strak gecontroleerde straal waarin individuele atomen reizen met snelheden tot een miljoen mijl per uur. De ionenstraal kan nauwkeurig worden gecontroleerd om materiaal te verwijderen van strak gedefinieerde gebieden - in wezen voert micro- en zelfs nanochirurgie uit op bijna elk materiaal.

In tegenstelling tot andere technieken die worden gebruikt voor het ontleden van materialen, de dualbeam kan informatie extraheren en beelden vastleggen zonder waarneembare schade aan te richten, behalve over een klein gebied. Het kan ook materialen zoals goud en platina deponeren, bekend om hun geleidbaarheid, op de oppervlaktestructuur, inzicht verschaffen in de samenstelling en het gedrag van materialen.

Voor natuurkundigen die op zoek zijn naar kwantumbronnen, biologen kijken naar de structuur van membranen in de oren van boomkrekels, en ingenieurs die de nanostructuur van exotische legeringen willen begrijpen, de dualbeam lijkt de sleutel tot succes te bevatten.

“Het maakt dingen mogelijk die voorheen voor onmogelijk werden gehouden, het is de kern van wat wetenschap mooi maakt, ', zegt dr. Scott. “Het kan dingen op zo’n precies gedefinieerde manier doen met zo’n hoge mate van nauwkeurigheid dat het echt ongelooflijk is. In feite, het is moeilijk te begrijpen op welke kleine schaal dit ding werkt.”

Enkele van de projectvoorstellen die worden overwogen waarbij gebruik zou worden gemaakt van de dualbeam, omvatten een onderzoek van de oren van Indiase boomkrekels, waar de dualbeam kan worden gebruikt om in driedimensionale reconstructies van cricketoren te snijden en te bekijken. De bevindingen zouden uiteindelijk de medische vooruitgang in hoortoestellen voor mensen kunnen informeren.

Een andere betreft het onderzoeken van de materialen die worden gebruikt om kerncentrales te bouwen. De snelheid waarmee ze verouderen, en de output die daarbij wordt geproduceerd, maakt zich ernstig zorgen. Een nadere bestudering van de microstructuur van roestvast staal, en de processen waarmee ze spanning opvangen wanneer ze worden beïnvloed door thermische cycli in elektriciteitscentrales, zou belangrijke informatie opleveren over mogelijke faalrisico's waartegen vervolgens geborgd kan worden bij het ontwerp van de volgende generatie elektriciteitscentrales.

De dualbeam kan ook worden gebruikt in kwantumcryptografie, manieren te bedenken om berichten op een manier over te brengen die bestand is tegen pogingen om de bron aan te boren, gebruikmakend van emitters die zijn opgebouwd uit een enkele fotonische lichtbron die zo klein en zo ingewikkeld gecodeerd is dat ze vrijwel niet detecteerbaar is.

In de biochemie, onderzoekers kijken naar het maken van actuatoren - "gouden sandwiches" met een polymeervulling die door de bloedbaan kunnen zwemmen, het verzamelen van informatie die kan worden gebruikt om medische benaderingen van ziekten bij de mens te informeren.

Het ontleden en reconstrueren van structuren in drie dimensies kan minuten of uren duren, afhankelijk van het volume van het onderzochte materiaal. De dualbeam heeft ook een automatiseringsmogelijkheid waarmee onderzoekers het kunnen programmeren om operationele taken uit te voeren, hen vrij te maken om met iets anders verder te gaan. Dr. Scott vergelijkt het met een veelzijdig keukenhulpje:“Deze machine doet eigenlijk al het snijden en in blokjes snijden, zodat u zich kunt concentreren op het maken van een werkelijk fantastische maaltijd.”

Dr. Scott zoekt graag naar andere samenwerkingen die de grenzen van elke discipline op de proef stellen en materialen en deze nieuwe tool op de proef stellen:“Het dualbeam-instrument is een duidelijk voorbeeld van de toewijding van de universiteit aan baanbrekende ontwikkelingen in onderzoek. Als we de leiders willen zijn in het VK en internationaal op het gebied van onderzoek, moeten we de grenzen verleggen van wat technisch mogelijk is, en dit nieuwe apparaat zal ons zeker in staat stellen om dat te doen.”