Kuantum ve çipte yeni dönem: 200 kat keskin elektron mikroskobu geliştirildi

Yarı iletken ve temiz enerji teknolojilerinde malzeme araştırmaları stratejik önem kazanırken, ABD bilimsel altyapı yatırımlarına yeni bir sistem ekledi. ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Brookhaven Ulusal Laboratuvarı bünyesindeki Fonksiyonel Nanomalzemeler Merkezi’ne özel üretim bir taramalı iletim elektron mikroskobu kuruldu. Enerji filtreleme sistemindeki yeni mühendislik çözümleri sayesinde mevcut mikroskoplara kıyasla 200 kat daha yüksek enerji çözünürlüğüne ulaşan cihaz, pil malzemelerinden iki boyutlu kuantum yapılara kadar geniş bir alanda atomik ölçekte inceleme yapılmasına imkân sağlıyor.

DÖRT TEKNOLOJİ TEK SİSTEMDE

Özel siparişle üretilen mikroskop, nano ölçekte analiz yapabilen dört temel teknolojiye sahip. Çift ikincil elektron dedektörü, numunelerin üst ve alt yüzeylerini atomik ayrıntıyla aynı anda görüntüleyerek enerji depolama ve yakıt hücrelerinde kullanılan katalizör reaksiyonlarının izlenmesini sağlıyor. Genişletilmiş optik altyapı, elektron enerji kaybı spektroskopisinde ölçülebilen enerji aralığını beş kat artırıyor ve pillerin şarj ile deşarj sırasında geçirdiği kimyasal bağ değişimlerini kaydedebiliyor. Momentum çözünürlüklü EELS sistemi, ısı iletimi, manyetik alan tepkileri ve elektrik-ışık etkileşimlerini belirleyen fonon, magnon ve plazmon gibi yarı parçacıkların ölçülmesine imkân veriyor. Cihaz ayrıca yaygın sistemlerdeki 100-300 kiloelektron-volt aralığının aksine 20 kiloelektron-volta kadar düşük voltajda çalışarak hassas iki boyutlu kuantum malzemelerini zarar vermeden görüntüleyebiliyor.

AR-GE SÜRELERİNİ KISALTACAK

Yeni mikroskop, elektron mikroskopları ile yüksek maliyetli senkrotron X-ışını tesisleri arasındaki teknik boşluğu kapatmayı amaçlıyor. Sistem sayesinde malzemelerin atomik yapısı, kimyasal bileşimi ve elektronik davranışı aynı cihaz üzerinden analiz edilebiliyor. Bu özellik, araştırma süreçlerinin daha kısa sürede ve daha düşük maliyetle yürütülmesine imkân sağlıyor. BNL İleri Elektron Mikroskopi Grubu Lideri Dr. Yimei Zhu, düşük voltajlı elektronların yüksek saçılma gücü sayesinde hassas kuantum yapılara zarar vermeden inceleme yapabildiklerini belirtti. Mikroskobun Python tabanlı altyapısı, uzaktan erişim ve makine öğrenimi destekli otonom mikroskopi uygulamalarına da uyum sağlıyor.

PİL VE YARI İLETKEN ARAŞTIRMALARINDA KULLANILACAK

Cihazın elektrikli araç pillerinin çevrim ömrünü uzatmaya yönelik katot çalışmalarında ve yeni nesil yarı iletken çiplerin geliştirilmesinde kullanılması bekleniyor. Yatırım, ABD’nin kritik teknoloji bileşenlerindeki yerli araştırma kapasitesini artırmaya yönelik çalışmaların bir parçasını oluşturuyor. Güney Kore’deki Dongguk Üniversitesi’nden Dr. Sooyeon Hwang’ın da katkılarıyla temin edilen sistemin ikinci örneğinin de yakında altyapıya eklenmesi planlanıyor. Yeni nesil mikroskopların enerji, savunma ve yarı iletken sektörlerinde yürütülen Ar-Ge çalışmalarında kullanılacağı belirtiliyor.