Particules de monmorillonite, coupé pour révéler que l'un d'eux est creux.
L'émerveillement de la science vient souvent des possibilités infinies ouvertes par chaque découverte successive et des découvertes inattendues qui en résultent. Les scientifiques de l'Université de Bristol disposent désormais d'un nouvel outil qui fournira des niveaux d'informations encore plus nombreux et sans précédent - et surtout, sans déranger le naturel, l'état physique de l'objet examiné.
Au cours des derniers mois, des physiciens du Centre d'analyse d'interface de Bristol ont rivalisé pour gagner du temps sur l'instrument à double faisceau, ce qui, en tant que directeur du centre, le Dr Tom Scott, déclare :« ouvre la clé d'un tout nouveau monde ».
Elle a produit jusqu'à présent des centaines d'images aussi belles que révélatrices, et ceux de l'IAC sont impatients de voir ce que le double faisceau peut faire de plus, travailler avec des collègues de toute l'Université pour approfondir toutes les questions, des diamants aux oreilles d'insectes.
Le double faisceau examine les structures de surface avec une résolution inférieure à un nanomètre, soit l'équivalent de dix millionièmes de l'épaisseur d'un cheveu humain. La résolution des images produites n'est que d'un nanomètre, qui est au-delà du minuscule, étant donné qu'il faut 1, 000 nanomètres pour faire un micron, et 1, 000 microns constituent un seul millimètre.
Le double faisceau est ainsi appelé parce qu'il fonctionne à l'aide de deux systèmes :un faisceau d'ions focalisé (FIB) et un microscope électronique à balayage (MEB) à émission de champ à hautes spécifications. Il fonctionne à l'aide d'ions gallium dérivés d'une source d'ions de métal liquide qui sont dirigés vers la surface dans un faisceau étroitement contrôlé dans lequel des atomes individuels se déplacent à des vitesses allant jusqu'à un million de milles à l'heure. Le faisceau d'ions peut être contrôlé avec précision pour éliminer le matériau de zones étroitement définies - effectuant essentiellement une micro et même une nano-chirurgie sur presque tous les matériaux.
Un nano-fil fabriqué à l'aide d'un broyage par faisceau d'ions pour des applications de détection de gaz. Il se trouve également qu'il ressemble à une version à petite échelle du pont suspendu de Clifton.
Contrairement aux autres techniques utilisées pour la dissection des matériaux, le double faisceau peut extraire des informations et capturer des images sans causer de dommages détectables, sauf sur une petite zone. Il peut également déposer des matériaux tels que l'or et le platine, connus pour leur conductivité, sur la structure de surface, fournir des informations sur la composition et le comportement des matériaux.
Pour les physiciens à la recherche de puits quantiques, des biologistes examinant la structure des membranes des oreilles des grillons arboricoles, et des ingénieurs soucieux de comprendre la nanostructure des alliages exotiques, le dualbeam semble détenir la clé du succès.
« Il rend possibles des choses qui étaient auparavant considérées comme impossibles, c'est au cœur de ce qui fait la beauté de la science, », dit le Dr Scott. « Il peut faire des choses d'une manière si précisément définie avec un degré de précision si élevé que c'est vraiment incroyable. En réalité, il est difficile de comprendre à quel point cette chose fonctionne à petite échelle.
Certaines des propositions de projet à l'étude qui utiliseraient le double faisceau comprennent un examen des oreilles des grillons arboricoles indiens, où le double faisceau pourrait être utilisé pour trancher et visualiser en trois dimensions des reconstructions d'oreilles de cricket. Les résultats pourraient finalement éclairer les progrès médicaux dans les appareils auditifs pour les humains.
Une autre consiste à examiner les matériaux utilisés pour construire des centrales nucléaires. La vitesse à laquelle ils vieillissent, et les extrants produits ainsi, est très préoccupant. Un examen plus approfondi de la microstructure des aciers inoxydables, et les processus par lesquels ils s'adaptent à la contrainte lorsqu'ils sont affectés par le cyclage thermique dans les centrales électriques, fournirait des informations importantes sur les risques de défaillance potentiels qui pourraient ensuite être protégés lors de la conception de la prochaine génération de centrales électriques.
Le dualbeam pourrait également être utilisé en cryptographie quantique, concevoir des moyens de transmettre des messages d'une manière qui résiste aux tentatives de puiser dans la source, utilisant des émetteurs construits à partir d'une seule source de lumière photonique si petite et si étroitement codée qu'elle est pratiquement indétectable.
En biochimie, les chercheurs envisagent de fabriquer des actionneurs - des "sandwichs en or" avec un remplissage en polymère qui pourraient nager dans la circulation sanguine, recueillir des informations qui pourraient être utilisées pour éclairer les approches médicales des maladies humaines.
Disséquer et reconstruire des structures en trois dimensions peut prendre quelques minutes ou heures, en fonction du volume de la matière examinée. Le dualbeam a également une capacité d'automatisation qui permet aux chercheurs de le programmer pour effectuer des tâches opérationnelles, les libérer pour continuer avec autre chose. Le Dr Scott le compare à une aide de cuisine à multiples facettes :« Cette machine fait essentiellement tout le tranchage et le découpage en dés, vous laissant vous concentrer sur la préparation d'un repas vraiment fantastique.
Le Dr Scott est désireux de rechercher d'autres collaborations qui testeront les limites de chaque discipline et mettront les matériaux et ce nouvel outil à l'épreuve : « L'instrument à double faisceau est un exemple clair de l'engagement de l'Université envers les développements révolutionnaires de la recherche. Si nous voulons être les leaders au Royaume-Uni et à l'international en termes de recherche, nous devons repousser les limites de ce qui est techniquement possible, et ce nouvel équipement nous permettra certainement de le faire.
