(Phys.org) —Bij het vastleggen van afbeeldingen op atomaire schaal, zelfs kleine bewegingen van het monster kunnen leiden tot scheve of vervormde beelden - en die bewegingen zijn vrijwel onmogelijk te voorkomen. Nu hebben microscopie-onderzoekers van de North Carolina State University een nieuwe techniek ontwikkeld die rekening houdt met die beweging en de vervorming van het eindproduct elimineert.

Het gaat om scanning-transmissie-elektronenmicroscopen (TEM's), die beelden van de individuele atomen van een materiaal kan vastleggen. Om die beelden te maken, wetenschappers moeten een sonde toestaan ​​​​om over het monstergebied te scannen - dat een oppervlakte heeft van minder dan vijf nanometer. Dat scannen kan tientallen seconden duren.

Het monster rust op een steunstaaf, en terwijl het scannen plaatsvindt, zet de staaf uit of trekt hij samen als gevolg van subtiele veranderingen in de omgevingstemperatuur. De uitzetting of samentrekking van de staaf is niet waarneembaar voor het blote oog, maar omdat het monsteroppervlak in nanometers wordt gemeten, zorgt de beweging van de staaf ervoor dat het monstermateriaal enigszins verschuift. Deze zogenaamde "drift" kan ervoor zorgen dat de resulterende TEM-scanbeelden aanzienlijk worden vervormd.

"Maar onze aanpak elimineert effectief het effect van drift op het scannen van TEM-beelden, " zegt dr. James LeBeau, een assistent-professor materiaalkunde en engineering bij NC State en senior auteur van een paper waarin het werk wordt beschreven.

Onderzoekers programmeerden de microscoop om de richting te draaien waarin het het monster scant. Bijvoorbeeld, het kan eerst een afbeelding zijn die van links naar rechts moet worden gescand, scan vervolgens van boven naar beneden, dan van rechts naar links, dan van onder naar boven. Elke scanrichting legt de vervorming vast die wordt veroorzaakt door drift vanuit een ander gezichtspunt.

De onderzoekers pluggen die afbeeldingen in een programma dat ze hebben ontwikkeld dat de kenmerken in elke afbeelding meet en die gegevens gebruikt om de precieze richting en mate van drift binnen het monster te bepalen. Zodra de drift is gekwantificeerd, de afbeeldingen kunnen worden aangepast om de vervorming veroorzaakt door de drift te verwijderen. De resulterende afbeeldingen geven nauwkeurig de werkelijke structuur van het monster weer en geven wetenschappers nieuwe mogelijkheden om de binding tussen atomen te begrijpen.

"Historisch, een groot probleem met drift was dat je een referentiemateriaal nodig hebt in een afbeelding op nanoschaal, zodat u kunt zien hoe het beeld is vervormd, LeBeau zegt. "Deze techniek maakt dat overbodig. Dat betekent dat we nu volledig onbekende monsters kunnen bekijken en hun kristallijne structuren kunnen ontdekken - wat een belangrijke stap is om ons te helpen de fysieke eigenschappen van een materiaal te beheersen."