Uma nova tecnologia descoberta por pesquisadores do Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) em parceria com a fabricante de microscópios eletrônicos JEOL – ambos no Japão – promete aprimorar a visualização de imagens nesses equipamentos. Baseada em nanofios de cristal, a arma de emissão de campo (FEG) desenvolvida pelos cientistas deve ser usada em um microscópio eletrônico de transmissão com correção de aberração (TEM). 

(a) Estrutura do TEM do nanofio LaB6; (b) A imagem HRTEM de 800kx obtida usando o emissor LaB6 NW; (c) A mesma imagem obtida usando o canhão de elétrons W (310). Crédito: Zhang, H., Jimbo, Y., Niwata, A. et al. Fonte de elétrons de LaB6 nanofios microprocessada de alta resistência para microscopia eletrônica de alta resolução

Segundo a equipe, essa unidade combinada é capaz de realizar observações de nível atômico com uma resolução de energia de 0,2 eV – a mais alta já registrada para canhões de elétrons não monocromáticos – com uma alta estabilidade de corrente de 0,4%. 

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Durante mais de 20 anos, diversos esforços foram feitos para desenvolver armas de emissão de campo usando nanomateriais teoricamente de alto desempenho, mas nenhum deles foi bem sucedido.

(a) Padrão de microscopia de íon de campo de faceta apical de um emissor de LaB6 NW; (b) Padrão de microscopia de íon de campo de faceta apical de um emissor sem LaB6 NW. Crédito: Zhang, H., Jimbo, Y., Niwata, A. et al. Fonte de elétrons de LaB6 nanofios microprocessada de alta resistência para microscopia eletrônica de alta resolução

Por essa razão, foi considerado um desafio integrar um canhão de emissão de campo baseado em nanofios em um microscópio eletrônico sem prejudicar suas propriedades físicas, como vida e estabilidade. 

De acordo com os pesquisadores, esse é o motivo pelo qual, até hoje, as armas de emissão de campo disponíveis comercialmente ainda são equipadas com agulhas de tungstênio desenvolvidas há mais de meio século. 

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Ferramenta pode ser útil em microscópios eletrônicos usados nas áreas de semicondutores e médica

Publicado recentemente na versão on-line da revista Nature Nanotechnology, o artigo científico descreve as técnicas desenvolvidas pela equipe para sintetizar quimicamente e fazer crescer nanofios de cristal único de alta pureza de hexaboreto de lantânio (LaB6), conhecido por ser um excelente material de cátodo quente emissor de elétrons.

Desse modo, eles puderam projetar um mecanismo de fonte de elétrons capaz de emitir com eficiência essas partículas. Para isso, precisaram elaborar técnicas para extrair um único nanofio e integrá-lo em uma estrutura de fonte de elétrons otimizada. 

Entre as vantagens da fonte de elétrons baseada em nanofio LaB6 estão os requisitos de condição de vácuo relativamente moderados, alta estabilidade de corrente, baixa tensão de extração, largura de distribuição de energia de feixe de elétrons estreita e alto brilho. 

Segundo os autores do estudo, essa fonte de elétrons pode ser aplicável ao desenvolvimento de microscópios eletrônicos de emissão de campo de próxima geração com maior resolução espacial e de energia – ferramentas potencialmente valiosas nos campos de semicondutores e médicos. 

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