EO

Gestapeld grafeen spiegelt elektronenbundels

20 augustus 2019 om 15:19 uur

Laagjes gestapeld grafeen kunnen werken als een spiegel voor bundels van elektronen. Dat ontdekten natuurkundigen Daniël Geelen en zijn Leidse collega’s met een nieuw type elektronenmicroscoop. De vondst zou kunnen leiden tot optische instrumenten voor elektronenbundels in plaats van licht.


De onderzoekers publiceerden hun onderzoek in het vakblad Physical Review Letters.
eV-TEM, noemen Geelen en collega's de nieuwe techniek. Het is een variant op de elektronenmicroscoop, waarbij bundels van elektronen worden afgevuurd op het preparaat dat in beeld gebracht moet worden.

 

Langzame elektronen

Volgens de kwantummechanica zijn elektronen net zo goed golven als zichtbaar licht, alleen met een veel kortere golflengte. Dus zijn met behulp van elektronen kleinere details in beeld te brengen dan met een lichtmicroscoop. Het nadeel is wel dat de elektronen een preparaat op den duur beschadigen.


Dat is een van de redenen dat Daniël Geelen, Johannes Jobst, Sense Jan van der Molen en Rudolf Tromp ‘langzame' elektronen gebruiken, met lage energieën van enkele elektronvolts in plaats van de gebruikelijke tien- of honderdduizenden elektronvolts.

 

Elektronen in beeld brengen

De groep beschikt sinds 2010 over een door Tromp bij IBM ontwikkelde Low Energy Electron Microscope (LEEM) die de terugkaatsende elektronen in beeld brengt. Geelen breidde de opstelling uit door ook de elektronen in beeld te brengen die door het preparaat heenschieten, de ‘transmissie'. Daarmee werd het apparaat ook een Transmissie Elektronen Microscoop (eV-TEM).

 

Elektronen in grafeen

Een van de eerste onderzochte materialen is grafeen. De onderzoekers schoten de langzame elektronen af op enkele, dubbele en driedubbele laagjes grafeen, en brachten zo de transmissie in beeld. "Er is veel onderzoek geweest naar hoe elektronen zich gedragen binnenin grafeenlagen, maar nauwelijks naar hoe ze bewegen tussen verschillende lagen", vertelt Van der Molen.

 

Theorie getoetst

Een theoretisch model uit de jaren zeventig voorspelt dat langzame elektronen gemakkelijk door dunne lagen heenschieten, omdat ze nauwelijks interacties aangaan met de elektronen in die laagjes. Naarmate de energie en de snelheid van de elektronen wordt opgevoerd, nemen de interacties toe, waardoor er steeds minder elektronen door het preparaat heenkomen. Deze ‘universele curve' zou gelden ongeacht het materiaal.

 

Grafeen als spiegel

Maar de Leidse natuurkundigen zagen iets heel anders. Bij specifieke elektronenenergieën maten ze scherpe dalen in de transmissie, die overeenkwamen met pieken in de reflectie. "Voor elektronen met bepaalde energieën werkt het grafeen als een spiegel", zegt Van der Molen.
In het artikel geven ze ook een verklaring: elektronen zijn golven, en voor bepaalde golflengtes versterken de gereflecteerde golven van de afzonderlijke grafeenlagen elkaar. Door deze ‘positieve interferentie' werken alle grafeenlaagjes samen als een spiegel.


Hetzelfde effect is te zien in de groene of paarse waas van een antispiegelingslaag op brillen en verrekijkers. Die bestaan ook uit laagjes, waarvan de reflecties positief interfereren voor groen of paars licht.
Dunne lagen minder voorspelbaar
Het golflengte-afhankelijke spiegelen geeft aan dat dunne lagen zich helemaal niet zo voorspelbaar en materiaal-onafhankelijk gedragen, meent Jobst. "De resultaten zijn sterk afhankelijk van de elektronenstructuur van het materiaal, èn van de energie van de elektronen."

 

Bundelsplitsers voor elektronen?

Daarbij toont het onderzoek de mogelijkheid aan om gelaagd grafeen te gebruiken als spiegel voor elektronenbundels. "Het is misschien zelfs mogelijk om ze te gebruiken voor bundelsplitsers."


Zulke bundelsplitsers, die een enkele invallende bundel splitsen in twee afzonderlijke bundels, zijn standaard en in veelvoudig gebruik in de lichtoptica, maar bestaan nog niet voor elektronen. Dunne grafeenlaagjes zouden in dit gemis kunnen voorzien. Maar eerst willen de onderzoekers andere materialen in beeld brengen. Van der Molen: "Door deze stap wordt fundamenteel nieuw onderzoek mogelijk; niet alleen aan gelaagde materialen, maar bijvoorbeeld ook aan gevoelige biomoleculen die in standaard elektronmicroscopen snel kapot gaan."

 

Bron: Universiteit Leiden

 

Gerelateerd nieuws

Apparaten printen waarin de elektronica al is ingebed

Apparaten printen waarin de elektronica al is ingebed

Aan het MIT is een methode ontwikkeld om met standaard 3D-printers apparaten te produceren waarin de elektronica al is ingebed. De onderzoekers gebruiken filamenten met ingebedde circuits om complexe vormen af te drukken…

Human Power Team verbreekt wereldsnelheidsrecord fietsen met 122,12 km/uur

Human Power Team verbreekt wereldsnelheidsrecord fietsen met 122,12 km/uur

Het Human Power Team, een studententeam van de TU Delft en VU Amsterdam, heeft dinsdagochtend het vrouwelijke wereldsnelheidsrecord fietsen verbroken. Door een snelheid van 122,12 km/uur te trappen, verbrak atlete Rosa…

Maakt kunstmatig blad medicijnfabrieken overbodig? (video)

Medicijnfabrieken overbodig door kunstmatig blad? (video)

Medicijnen goedkoop en overal kunnen produceren, met zonlicht als energiebron. Die realiteit is dichterbij dan ooit nu chemici van de TU Eindhoven een ‘mini-reactor’ presenteren die, vergelijkbaar met bladeren in de…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Product van de maand

RSS
In-cylinder potentiometer voor hydraulische cilinders

Althen Sensors & Controls introduceert nieuwe lineaire positiesensoren: magnetorestrictieve sensoren en in-cylinder...

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Tosec
Tosec

Specialist in plaatbewerking

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

18 september 2019, D&F kantoor Breda

HAZOP Leader

18 en 19 september 2019

18 september 2019, München

Int. Conference on Gears 2019

Early bird registration now open!

Meer agendapunten »