美國能源部TEAM 0.5計劃
TEAM 計劃是由美國能源部基礎能源科學司投資數(shù)千萬美元資助的顯微學項目。該項目將促成一臺新型顯微鏡的誕生。這臺能在前所未有的0.5 埃分辨率下直接觀察和分析納米結(jié)構(gòu)的顯微鏡，必將創(chuàng)造卓越的新科學良機。0.5 埃大約是碳原子尺寸的三分之一，也是原子尺度研究的一個關鍵尺寸。 在此項獨一無二的計劃中，電子顯微學領域頗有建樹的五家主要實驗室(阿貢國家實驗室，Brookhaven 國家實驗室，勞倫斯伯克力國家實驗室，橡樹嶺國家實驗室，F(xiàn)rederick Seitz 材料研究室)通力合作，并篩選出FEI 公司為研發(fā)伙伴。每家實驗室分別在這項雄心勃勃的使命中擔當不同的角色，以期實現(xiàn)(甚至在三維空間)直接觀察原子尺度的有序度、電子結(jié)構(gòu)、單體納米結(jié)構(gòu)的動態(tài)。提議中的電子顯微鏡，自成一小型材料科學實驗室，可進行實時的分析和特征描述，以促進獨特的多學科交叉研究。 像差矯正電子顯微技術(shù)將是TEAM 顯微鏡的核心。為達到0.5 埃分辨率而需要的更密集、更明亮的電子束，也會導致更強的樣品信息、更高的圖像襯度、更靈敏的分析本領以及史無前例的空間分辨率。成功開發(fā)新型像差矯正器將展現(xiàn)最基本的原子世界景觀。矯正器的設計和開發(fā)，將與CEOS 公司(FEI 公司在尖端矯正器技術(shù)上的協(xié)作單位)合作完成。 傳輸電子失常校正顯微鏡(TEAM0.5)是美國基礎能源科技局、美國伊利諾斯州大學和FEI與德國CEOS二家顯微鏡公司聯(lián)手開發(fā)而成的。傳統(tǒng)的透射電子顯微鏡（TEM）和掃描透射電子顯微鏡的分辨率有限，不能讓研究人員從原子水平來研究材料。此最新的顯微鏡可以達到0.5埃的分辨率，是一個碳原子直徑的4四分之一，比最小氫原子的直徑還要小，從而可以讓各個學科的科學家描述原子級別的結(jié)構(gòu)，能比先前更加準確地分析化學物質(zhì)。 TEAM項目負責人尤利?達蒙解釋說，此顯微鏡由于分辨率出眾，成為世界最好的顯微鏡，而且，其對照和低信噪比也比他人更勝一籌。“由于其信噪比如此好，可以對一個個原子調(diào)焦，再加上足夠好的靈敏度，可以獲得單個納米粒子的3維原子結(jié)構(gòu)的立體信息。” 為達到這種分辨率，TEAM 0.5采用了最可能的先進技術(shù)，包括超穩(wěn)定電子裝置、改進的失常校正器和特別明亮的電子源。球面像差是由鏡頭形狀導致的，會使圖像降級，使光點看起來像圓盤，校正之后能產(chǎn)生戲劇性的驚人效果，使圖像面目一新。在此新顯微鏡中，一系列不同幾何形狀的多極磁鐵鏡頭可塑造電子束。達蒙說：“電子顯微鏡校正球面像差理論上早就可行，但直到最近才成為實際應用。”這是因為當今的穩(wěn)定電子裝置可減小漂移，還有快速的電腦能實時連續(xù)地進行調(diào)焦。據(jù)介紹，TEAM 0.5可校正更高序列的失常，包括球面像差。 在FEI公司進行的初步測試中，此顯微鏡能看到2個金晶體接觸時單個原子及其它們搭建的“納米橋”，只有幾十埃寬，將2個晶體連接起來。從一個方向到另一個方向，研究人員看到單個金原子在不斷變換位置。 TEAM 0.5的基本系統(tǒng)已經(jīng)在運轉(zhuǎn)，經(jīng)過一系列嚴格的調(diào)試和調(diào)整之后，它將在2008年10月對外開放使用。不過，研究人員現(xiàn)在還在對它進行改進，附加組件和設施正在完善和調(diào)試之中，包括控制室顯示屏和高清電視。 為了解決單個原子在結(jié)構(gòu)中的位置，得從不同角度進行拍照，之后，電腦重組此樣品的3D斷層X光掃描圖或CAT掃描圖。為做到這一點，此顯微鏡得可以在電子束下傾斜和旋轉(zhuǎn)樣品，向各個方向移動樣品，這一功能要求正在開發(fā)之中。 現(xiàn)在使用的是比樣品階段更小的機器，新的TEAM階段將通過此顯微鏡縱列全部布置好。當電流加大時，如此操縱樣品會導致變形，新的TEAM階段將可以控制和復制此樣品的位置和姿態(tài)，精確度小于十億分之一米。TEAM I顯微鏡將在2009年初安裝。TEAM I還將校正圖像束的像差，這在之前是從來沒有做到的。當透鏡以不同角度折射不同波長的光或電子時，就會產(chǎn)生像差。 目前，TEAM 已經(jīng)有了競爭對手，去年2月，美國和日本東京理工大學聯(lián)手在打造有競爭性的S/TEM顯微鏡，將很快勝過TEAM項目的0.5埃分辨率和亞埃3D成像能力。
