13.04.2022 - Tohoku University

Un nuevo método para los microscopios electrónicos de resolución atómica

Lente de electrones formada por la luz

La microscopía electrónica permite a los investigadores visualizar objetos diminutos, como los virus, las finas estructuras de los dispositivos semiconductores e incluso los átomos dispuestos en la superficie de un material. Enfocar el haz de electrones hasta el tamaño de un átomo es vital para conseguir una resolución espacial tan alta. Sin embargo, cuando el haz de electrones pasa a través de una lente electrostática o magnética, los rayos de electrones presentan diferentes posiciones focales en función del ángulo de enfoque y el haz se dispersa en el foco. Corregir esta "aberración esférica" es costoso y complejo, por lo que sólo unos pocos científicos y empresas poseen microscopios electrónicos con resolución atómica.

Investigadores de la Universidad de Tohoku han propuesto un nuevo método para formar una lente de electrones que utiliza un campo de luz en lugar de los campos electrostáticos y magnéticos empleados en las lentes de electrones convencionales. Una fuerza ponderomotriz hace que los electrones que viajan en el campo de luz sean repelidos de las regiones de alta intensidad óptica. Utilizando este fenómeno, se espera que un haz de luz en forma de donut colocado coaxialmente con un haz de electrones produzca un efecto de lente en el haz de electrones.

Los investigadores evaluaron teóricamente las características de la lente de electrones del campo luminoso que se forma con un haz de luz típico en forma de rosquilla, conocido como haz de Bessel o Laguerre-Gaussiano. A partir de ahí, obtuvieron una fórmula sencilla para la distancia focal y los coeficientes de aberración esférica que les permitió determinar rápidamente los parámetros de guiado necesarios para el diseño real de la lente de electrones.

Las fórmulas demostraron que la lente de electrones de campo luminoso genera una aberración esférica "negativa" que se opone a la aberración de las lentes de electrones electrostáticas y magnéticas. La combinación de la lente de electrones convencional con una aberración esférica "positiva" y una lente de electrones de campo luminoso que compensaba la aberración reducía el tamaño de los haces de electrones a la escala atómica. Esto significa que la lente de electrones de campo luminoso podría utilizarse como un corrector de la aberración esférica.

"La lente de electrones de campo luminoso tiene características únicas que no se observan en las lentes de electrones electrostáticas y magnéticas convencionales", afirma Yuuki Uesugi, profesor adjunto del Instituto de Investigación Multidisciplinar de Materiales Avanzados de la Universidad de Tohoku y autor principal del estudio. "La realización del corrector de aberraciones basado en la luz reducirá significativamente los costes de instalación de los microscopios electrónicos con resolución atómica, lo que llevará a su uso generalizado en diversos campos científicos e industriales", añade Uesugi.

De cara al futuro, Uesugi y sus colegas están explorando vías para la aplicación práctica de microscopios electrónicos de próxima generación que utilicen la lente electrónica de campo luminoso.

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