Lozan İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü’nden (EPFL) araştırmacılar, elektron spektrometrelerini son derece hassas bir şekilde kalibre etmek için, mikrodalga, optik ve serbest elektron frekanslarını birbirine bağlayan devrim niteliğinde bir yöntem geliştirdi. Bu başarı, bilimde en hassas ölçülebilen niceliklerden biri olan frekansın gücünü, malzemelerin atom seviyesindeki yapısını inceleyen Elektron Enerji Kaybı Spektroskopisi (EELS) alanına taşıyor.
EELS, bir numuneden geçen elektronların kaybettiği enerjiyi ölçerek çalışır. Ancak EELS, mükemmel mekansal çözünürlük sağlamasına rağmen, enerjiyi hassas bir şekilde ölçme yeteneği olan spektral çözünürlükte optik yöntemlerin gerisinde kalıyordu.
OPTİK TARAKLARIN GÜCÜ
Mevcut EELS kalibrasyon yöntemleri, doğruluğu ve menzili sınırlayan atom enerjisi seviyelerine dayanıyordu. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için, Profesör Tobias J. Kippenberg, Dr. Thomas LaGrange ve Profesör Fabrizio Carbone'dan oluşan ekip, optik frekans taraklarının hassasiyetini serbest elektronlar alanına taşıyan yeni bir teknik geliştirdi.
Nature Communications dergisinde yayınlanan çalışma, bir transmisyon elektron mikroskobu içindeki bir fotonik çip kullanılarak mikrodalga, optik ve serbest elektron alanları arasında frekans ölçümlerinin köprülenmesinin mümkün olduğunu gösteriyor.
TEPEDEN TARAĞA DÖNÜŞÜM
Yöntemin merkezinde, transmisyon elektron mikroskobuna entegre edilmiş bir silisyum nitrür (Si3N4) mikrorezonatör çipi yer alıyor. Araştırmacılar, optik bir frekans tarağı kullanılarak belirli bir frekansa kilitlenen sürekli dalga lazerini çipe tuttular.
Serbest elektronlar çipin yakınından geçerken, lazerin elektromanyetik alanıyla etkileşime girerek, kuantumlu adımlarla küçük miktarlarda enerji topladılar. Bu etkileşim, elektron spektrumunu, her tepe noktasının, lazerin foton enerjisinin bir katına karşılık geldiği, tarak benzeri bir yapıya dönüştürdü.
20 KAT DAHA HASSAS
Ekip, tarak benzeri elektron spektrumunu analiz ederek elektron spektrometresini olağanüstü bir doğrulukla kalibre edebildi. Karşılaştırmalı çalışmalar sonucunda, yeni yöntemlerinin spektrometrenin nominal dağılımındaki sistematik hataları tespit edip yüksek hassasiyetle düzeltebildiği ve geleneksel yöntemlerden 20 kat daha doğru olduğu görüldü.
Araştırmacılar, bu tekniğin ultra yüksek hassasiyetli elektron spektroskopisinin kapısını araladığını belirtiyorlar. Yöntem, malzemelerin titreşimsel ve elektronik özelliklerini inceleme, kimyasal bağları analiz etme ve nanometre ölçeğinde kuantum etkilerini keşfetme becerimizi geliştirebilir.
Yöntemin yaygın transmisyon elektron mikroskopları kullanması nedeniyle kolayca uygulanabilir olduğu vurgulandı. Gelecekte, bu çalışma elektron spektroskopisindeki enerji değişimlerini tanımlamak için yeni bir standarda yol açabilir ve hatta elektron tabanlı frekans taraklarını mümkün kılabilir.
