Sciencemag.cz
Related Articles
Atomárních sond používaných na vědecké účely není na světě mnoho. Ve střední a východní Evropě jde o první instalaci svého druhu.
Na konci května začala v Ústavu termomechaniky AV ČR fungovat laboratoř tomografie s atomární sondou (APT), přístrojem, který dokáže prozkoumat malý materiál atom po atomu. Laboratoř financoval projekt OP JAK FerrMion, do něhož je významně zapojený i Fyzikální ústav AV ČR.
Jak atomární sonda funguje
Tomografie atomární sondou je výkonná mikroskopická metoda. Z malého kousku materiálu sestaví trojrozměrný (3D) obraz uspořádání atomů, který ukáže, kde jednotlivé atomy leží a o jaký prvek jde.
Nejdříve se ze studovaného materiálu vyřízne pomocí metody zvané fokusovaný iontový svazek (FIB) malý vzorek v podobě tenké jehly s kuželovitou špičkou, jejíž hrot má poloměr menší než 100 nm. Špička jehly je pak vystavena silnému elektrickému poli (obvykle 1 až 10 kV) těsně pod hranicí, za kterou se začnou uvolňovat atomy z povrchu. Krátký laserový nebo napěťový pulz umožní tuto hranici překročit a ze špičky uvolní jeden nebo několik atomů, přesněji nabitých částic, iontů, které dopadnou na polohově citlivý detektor s velmi vysokou účinností záchytu.
Detektor u každého iontu změří dva parametry:
čas mezi pulzem a dopadem, z nějž se spočítá poměr hmotnosti a náboje, a tím se určí o jaký prvek jde,
místo dopadu na detektor, z něhož se určí původní pozici atomů ve studovaném vzorku.
Celou dobu se vzorek chladí na velmi nízké (kryogenní) teploty mezi −250 a −190 °C, aby byl omezen pohyb atomů a jejich polohu bylo možné určit přesněji.
S každým pulzem ubude ze špičky několik atomů, takže se jehla postupně zkracuje. Z naměřených dat se pak složí 3D model materiálu (jehly), atom po atomu.
Jeden z mála přístrojů na světě
Atomárních sond používaných na vědecké účely není na světě mnoho. Ve střední a východní Evropě jde o první instalaci svého druhu. Další se teprve chystají.
„Za něco málo přes třicet let od svého vynálezu se sonda stala nepostradatelnou metodou pro chemické mapování materiálů v měřítku nanometrů,“ říká vědec Petr Šittner z FZU. „Pomohla navrhnout pokročilé nanostrukturní materiály, které řeší výzvy moderní metalurgie, ukládání energie a výroby polovodičových čipů.“
Na projektu OP JAK Feroické multifunkcionality (FerrMion) spolupracují výzkumníci ze tří akademických ústavů a tří pražských univerzit. Jde hlavně o fyziky materiálů a metalurgy, kteří pracují s kovovými a dielektrickými materiály. Od této ojedinělé metody očekávají, že jim pomůže pochopit chování multiferoických materiálů, které studují.
Feroické materiály mají neobvyklé schopnosti, umějí například měnit tvar nebo reagovat na magnetické či elektrické pole. Stojí za tím přestavba jejich vnitřní struktury, takzvaná martenzitická přeměna, která proběhne, i když materiál zůstává pevný. O tom, jak se materiál chová, často rozhodují nepatrné rozdíly v chemickém složení, a to v měřítku nanometrů. Takhle drobné rozdíly umí spolehlivě změřit jen atomová sonda.
