_ Cercetătorii realizează imagini microscopice în timp real în timpul tratamentului cu plasmă

O echipă interdisciplinară de cercetători de la Universitatea din Antwerp (Belgia) a efectuat cu succes studii in situ cu o plasmă generată în interiorul unui microscop electronic cu scanare (SEM). Aceasta marchează prima dată când s-a realizat imagistica SEM în timp ce se tratează proba cu o plasmă. Studiul este publicat în revista Advanced Materials Technologies.

Plasmele, adesea descrise ca gaze ionizate sau a patra stare a materiei, au o gamă largă de aplicații. De exemplu, în industria semiconductoarelor, aceștia îndeplinesc un rol esențial în procesul litografic utilizat pentru a face cipuri de computer.

Ei câștigă, de asemenea, un interes semnificativ pentru aplicațiile de chimie ecologică, cum ar fi conversia CO2 și CH4 în valoare- substanțe chimice adăugate sau combustibili regenerabili, fixarea N2 pentru producția de îngrășăminte verzi, precum și pentru aplicații biomedicale, cum ar fi tratamentul cancerului, vindecarea rănilor sau dezinfecția. Mai mult, plasmele sunt, de asemenea, un subiect de cercetare extinsă pentru a obține mai multe perspective fundamentale.

Multe dintre procesele relevante pentru aplicațiile cu plasmă au loc la nivel microscopic și observarea lor necesită adesea imagini de înaltă rezoluție, dincolo de microscopul cu lumină convențional. capabilități. Prin urmare, în această cercetare a fost folosit un microscop electronic cu scanare (SEM).

Un astfel de microscop folosește un fascicul focalizat de electroni de înaltă energie, care este scanat pe suprafața materialului de interes. Prin colectarea diferitelor semnale produse de fasciculul de electroni și compilarea acestora pixel cu pixel, pot fi generate imagini foarte mărite ale eșantionului, până la regimul nanometric.

Pentru a efectua aceste studii in situ cu plasmă într-un SEM , trebuiau abordate mai multe provocări. În primul rând, microscoapele electronice sunt operate în mod obișnuit în condiții de vid înalt pentru a minimiza interacțiunile electronilor cu moleculele de gaz.

Pentru a crea norul de gaz necesar pentru o plasmă, a fost un tub subțire cu o gaură de dimensiunea unui micrometru la capăt. introdus în camera microscopului pentru a permite un flux controlat de gaz către probă. Debitul limitat de gaz a fost suficient pentru funcționarea locală cu plasmă, menținând în același timp o presiune scăzută în restul microscopului pentru imagistica.

În al doilea rând, crearea și susținerea unei plasme necesită un câmp electric puternic care poate afecta electronii necesari pentru imagistica microscopică. Prin optimizarea hardware-ului și a parametrilor setării, echipa a minimizat deviația fasciculului de electroni și a asigurat o descărcare stabilă a plasmei, permițând imagini live în timpul funcționării cu plasmă. În acest fel, a putut fi surprinsă o vedere în timp real a tratamentului unei pelicule de cupru, așa cum se arată în videoclipul de mai sus/de mai jos.

Această realizare semnificativă a fost posibilă numai datorită echipei interdisciplinare de cercetători care au putut lucrează la acest proiect. Oameni cu experiență în electronică, microscopie electronică și tehnologie cu plasmă, supravegheați de prof. Jo Verbeeck (grupul de cercetare EMAT) și prof. Annemie Bogaerts (grupul de cercetare PLASMANT), și-au unit forțele pentru a atinge această etapă majoră.

Ca un pas următor, echipa își propune acum să dezvolte în continuare capacitățile analitice ale instrumentului prin încorporarea detectorilor suplimentari dincolo de imagistica pentru caracterizarea elementară și structurală în timp real, ceea ce ar putea duce la noi perspective în cercetarea în știința materialelor și fundamentele fizicii plasmei. .

(Fluierul)