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Los investigadores amplían la capacidad de un microscopio electrónico para explorar nuevos dominios
Fuente Universidad de Tokio: Con superpoderes magnéticos, ahora en el primer mundo, un microscopio de transmisión electrónica súper poderoso (TEM) recibe nuevos y extraordinarios poderes de visión, que permiten la visualización de materiales magnéticos con detalles sin precedentes. La actualización innovadora modifica un componente funcional clave del diseño típico de TEM. Esto permite a los TEM analizar muestras magnéticas, que normalmente no pueden ser vistas por tales dispositivos. La actualización abre una amplia gama de posibilidades de búsqueda.
Cada vez que se crea un nuevo invento para sondear parte de la realidad, expande nuestros horizontes. A principios del siglo XVII, los primeros microscopios nos dieron acceso a microorganismos y telescopios que trajeron planetas distantes a los ojos de los astrónomos. Pasando al siglo 20 y los microscopios electrónicos permiten a las personas visualizar átomos individuales. Estos dispositivos han cambiado nuestro mundo, pero han tenido una severa limitación, hasta ahora.
Entonces, ¿cuál es el problema con los TEM?
Los TEM funcionan disparando un haz de electrones a través de una muestra para crear una imagen en un sensor detrás de la muestra. Una lente magnética enfoca el haz antes de llegar a la muestra. Esto es análogo a cómo funciona una lente de cámara óptica. Sin embargo, debido a que la lente en una TEM es magnética, previene la formación de imágenes de materiales magnéticos porque las lentes y las muestras podrían interferir entre sí, arruinando los datos y posiblemente dañando equipos costosos.
Esta limitación es lamentable, ya que los materiales magnéticos no solo son interesantes, sino que tienen una importancia crucial para gran parte de la sociedad moderna. Prácticamente toda la tecnología electrónica hace uso de materiales magnéticos. Frustrado pero no disuadido por este obstáculo, el profesor Naoya Shibata de la Escuela de Graduados de Ingeniería de la Universidad de Tokio y sus colegas, en colaboración con JEOL Ltd., decidieron que los TEM deberían actualizarse.
“Pasé años investigando materiales magnéticos, incluidos metales y cerámicas”, dijo Shibata. “Hay diferentes microscopios que pueden ver materiales magnéticos, como los microscopios electrónicos de barrido (SEM), pero a diferencia de los TEM, solo ven la superficie exterior de las muestras y tienen una resolución mucho menor. El quid del problema con los TEM es que la muestra se coloca dentro de la lente magnética. Así que exploramos formas de solucionar esto, ¡y finalmente lo hicimos! ” Un microscopio con superpoderes magnéticos.
¿Cómo resolvió el equipo el problema?
La solución es elegantemente simple (al menos en principio). Hay una cierta distancia entre la muestra y la lente; esto mantiene la muestra aislada magnéticamente para que los dos componentes no interfieran magnéticamente. Esta separación generalmente nublaba la imagen resultante, pero Shibata y sus colegas colocaron una segunda lente detrás de la muestra, lo que vuelve a enfocar la imagen.
Está claro que la teoría y especialmente la ingeniería son mucho más complejas que esta descripción, pero esa es la idea básica. De hecho, hay una gran cantidad de deformación o aberración de la imagen como resultado del uso de dos lentes. Sin embargo, en los últimos años, se ha ideado un sistema de corrección de la aberración de la lente (LAC), que el equipo ha incorporado en su actualización.
El LAC toma la forma de otro tipo de lente magnética que complementa las principales. Volviendo a la analogía de la lente de la cámara, si abres una de ellas, verás que a veces hay docenas de elementos de vidrio que conforman el sistema de enfoque, cada uno para corregir una aberración u otra falla óptica con la lente principal. Pero hubo problemas más allá del control del campo magnético que desafió al equipo.
“Ya que teníamos nuestro sistema de doble lente y LAC en su lugar, fue doloroso ver mucho ruido en nuestras imágenes de prueba”, continuó Shibata. “Una de las razones de esto fue el extraño cambio de temperatura, los campos magnéticos y la vibración física del entorno externo: automóviles, trenes, ese tipo de cosas. Así que hicimos un gran esfuerzo para enfriar el laboratorio sin un aire acondicionado ruidoso. También agregamos amortiguadores mecánicos activos para cancelar movimientos no deseados. Y finalmente, funciona.
Ahora hay, ¿qué puedes hacer con él?
Un TEM que puede ver materiales magnéticos abre una nueva ventana al mundo de la ciencia de los materiales. Shibata finalmente puede estudiar los metales y la cerámica en detalle, lo que podría llevar a la creación de nuevos materiales resistentes. Los físicos pueden estudiar el magnetismo en escalas más pequeñas para explorar aplicaciones como la espintrónica ultrarrápida o el almacenamiento magnético de alta capacidad. Y con una resolución de aproximadamente un angstrom (una diez mil billonésima parte de un metro), Shibata espera ver correctamente el campo magnético de un átomo individual, que nunca se ha visto antes.
“Crear este sistema delicado e instalarlo en un microscopio electrónico parecía que estábamos realizando una cirugía de corazón”, concluyó Shibata. “Pero todo el tiempo y el esfuerzo que ponemos en él vale la pena para ver las increíbles imágenes que finalmente podemos crear. Espero inspirar a nuevos investigadores en el campo para explorar qué puede hacer esta tecnología y qué puede hacer “. Un microscopio con superpoderes magnéticos
SHIBATA Naoya / Profesor / Graduate School of Engineering
Microscopio con superpoderes magnéticos
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