Durchbruch in der Bildgebung: schnellere Atomstrahlmikroskope dank neuer Methode der Swansea University

BerlinForscher der Swansea University haben eine neue Bildgebungsmethode entwickelt, die das Aufnehmen von Mikroskopbildern beschleunigt. Diese Methode ist besonders nützlich für neutrale Atomstrahlmikroskope, die zur Untersuchung empfindlicher Proben eingesetzt werden, die reguläre Bildgebungstechniken nicht überstehen können. Solche Mikroskope verwenden energiearme neutrale Teilchen wie Heliumatome, um die Oberfläche und Zusammensetzung empfindlicher Materialien wie bakterielle Biofilme, Eisfilme und organische Photovoltaik-Bauelemente zu untersuchen.

Die neue Bildgebungstechnik löst ein großes Problem der aktuellen Mikroskope mit neutralem Atomsstrahl, die Proben pixelweise durch ein kleines Loch abtasten. Diese Methode ist zeitaufwendig und erfordert einen Ausgleich zwischen Bildschärfe und Abtastgeschwindigkeit. Für schärfere Bilder braucht man wesentlich länger.

Die neuen Methoden bieten zahlreiche Vorteile:

• Schnellere Bildaufnahme
• Verbessere Auflösung bei nur geringfügig längerer Aufnahmezeit
• Möglichkeiten für neue Kontrastmechanismen basierend auf magnetischen Eigenschaften

Professor Gil Alexandrowicz und sein Team haben eine neuartige Methode entwickelt, die ohne die Verwendung von Nadellöchern auskommt. Stattdessen setzen sie auf ein nicht-uniformes Magnetfeld und die Bewegung von Kernspins, um die Positionen von Helium-3-Atomen aufzuzeichnen. Diese Atome interagieren dann mit der Probe, um das Bild zu erzeugen. Durch diese Methode entstehen Bilder wesentlich schneller, ohne dabei an Detailreichtum und Qualität zu verlieren.

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Der Doktorand Morgan Lowe aus der Forschungsgruppe entwickelte und testete das magnetische Kodierungsgerät. Dabei konnte erfolgreich das Strahlprofil gemessen werden, und die Ergebnisse entsprachen den Simulationen. Dieser Erfolg bestätigt die Wirksamkeit der neuen Methode und deutet darauf hin, dass sie zu schnelleren Bildgebungszeiten und einer besseren Auflösung führen könnte.

Das neue Kodierungssystem nutzt die magnetischen Eigenschaften sowohl der Probe als auch der Strahlteilchen. Dies kann Wissenschaftlern helfen, neue Methoden zur Kontrasterzeugung in ihren Experimenten zu entdecken, was zu weiteren Forschungsmöglichkeiten führt. Beispielsweise könnte das Studium von Proben mit bestimmten magnetischen Merkmalen detailliertere Einblicke bieten und die Anwendungen von neutralen Atomstrahlmikroskopen erweitern.

Das Team wird nun an der Erstellung eines vollständigen Prototyps eines magnetischen Codierungs-Neutronenstrahlmikroskops arbeiten. Diese Entwicklung ermöglicht umfassende Tests der Auflösungsgrenzen der neuen Technik, der Kontrastmethoden und der verschiedenen Einsatzmöglichkeiten.

Dieser Durchbruch könnte die Art und Weise verändern, wie Wissenschaftler und Ingenieure die Form und Zusammensetzung empfindlicher Proben untersuchen. Er beschleunigt die Forschung und verbessert die Datenpräzision, was das aktuelle wissenschaftliche Wissen weiter voranbringt. Mit schnellerer Bildgebung und neuen Kontrastmöglichkeiten könnten Forscher aus verschiedenen Disziplinen Erkenntnisse gewinnen, die zuvor nicht möglich gewesen wären, was dies zu einem bedeutenden Fortschritt für die Mikroskopie-Techniken macht.