2019-08-20 23:04:01
堆叠的石墨烯层充当电子束的镜子

堆叠的石墨烯层可以像电子束的镜子。物理学家DaniëlGeelen及其同事使用一种新型电子显微镜发现了这一点。在物理评论快报的一篇文章中,他们描述了他们的结果,这可能导致电子束而不是光的光学发展。

Geelen和同事称这项新技术为“eV-TEM”。它是电子显微镜的一种新变体,它将一束电子对准样品以对其进行成像。

低能电子

根据量子力学,电子是波,就像可见光一样,但波长要短得多。因此,与光学显微镜相比,可以成像更小的细节。然而,从长远来看,电子的冲击通常会损坏样品。

这是DaniëlGeelen,Johannes Jobst,Sense Jan van der Molen和Rudolf Tromp使用慢电子的原因之一,它携带几个电子伏特(eV,因此'eV-TEM')的低能量,而不是通常的几十或几百个成千上万的电子伏特。

石墨烯中的电子

自2010年以来,该小组运行由IBM的Tromp开发的LEEM(低能电子显微镜),其对反射的电子进行成像。 Geelen增强了该装置,可以对通过样品的电子进行成像,即“透射”。这使装置在透射电子显微镜(eV-TEM)中转动。

研究的第一种材料是石墨烯,这是一种扁平的碳的多样性,二维六角形分子图案类似于鸡丝。研究人员在单层,双层和三层石墨烯上发射慢电子,并对透射进行成像。

Sense Jan van der Molen说:“人们对石墨层中电子的行为方式进行了大量的研究,但对于它们如何在层间移动的方式却少得多。”

测试理论

七十年代的一个理论模型预测,慢电子很容易穿过薄层,因为它们几乎不会与这些层内的电子相互作用。然后,当电子的能量和速度升高时,预期相互作用的数量将增加,这将导致越来越少的电子通过样品。无论样品的确切材料如何,这种“通用曲线”都应该保持不变。

然而,莱顿物理学家注意到了一些非常不同的东西。在特定的电子能量下,它们测量透射率的急剧下降,这对应于反射中的峰值。 “对于具有一定能量的电子,石墨烯就像一面镜子,”范德莫伦说。

镜像石墨烯

在文章中,研究人员提供了一个解释:电子是波。在某些波长下,从单独的石墨烯层反射的波将相互增强。这种“相长干涉”导致石墨烯层堆叠充当电子的镜子。

在眼镜或双筒望远镜上的抗反射涂层的绿色或紫色色调中可以看到类似的效果。它们也由层组成,对绿光或紫光造成相长干涉。

Johannes Jobst表示,波长相关的镜像证明,薄样本不会如预期那样独立于预期的精确材料。 “这些结果很大程度上取决于材料的电子结构和电子能量。”

此外,该研究表明可以使用分层石墨烯作为电子束的镜子。 “有可能将它们用作分束器,”Tromp说。

薄层不太具有预测性

这种分束器将单个入射光束分成两个单独的光束,是光学光学中常用的标准装置,但它们尚不存在于电子束中。石墨烯的薄层可能填补这个空白。但首先,研究人员希望对其他材料进行成像。 Van der Molen:“这可以从根本上进行新的研究,分层材料,以及在常规电子显微镜中会被损坏的敏感生物分子。”

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