Возможен ли электронный пинцет?

Стоит сразу уточнить, что это устройство — не пинцет для электронов, а пинцет, состоящий из них.

Недавнее исследование, проведенное учеными из Национального института стандартов и технологий и университета Вирджинии, показало, что лучи, производимые современными электронными микроскопами, могут использоваться не только для анализа наноразмерных объектов, но и для перемещения и, возможно, даже для их сборки. Результаты опубликованы в издании Ultramicroscopy.

По сути, электронный пинцет — это электронная версия лазерного оптического пинцета, который давно уже считается стандартным инструментом в биологии, физике и химии для управления крошечными частицами. Электронные лучи могут предложить тысячекратное усовершенствование чувствительности и разрешения.

Изначально оптический пинцет был создан группой ученый из Bell Labs в 1986 году. Суть его работы в следующем: в корректных условиях сфокусированный лазерный луч окажет небольшое по силе, но полезное воздействие на крошечные частицы. Он не двигает их, а, скорее, притягивает к центру (луча). Биохимики обычно используют эффект для управления отдельными клетками или липосомами под микроскопом.

С точки зрения физики можно было бы ожидать, что луч сфокусированных электронов — наподобие того, что создается трансмиссионным электронным микроскопом — способен делать то же самое. Однако за ним подобное не замечалось ни разу, отчасти потому, что электроны являются намного более беспокойными, чтобы можно было с ними работать. Они не способны проникать далеко по воздуху, а потому в электронных микроскопах используются вакуумные камеры для помещения рассматриваемых экземпляров.

Металлург Владимир Олешко с коллегой, материаловедом Джеймсом Хоувом, были удивлены, когда в ходе другого эксперимента наблюдали электронный пинцет в работе. Они использовали электронный микроскоп, чтобы выяснить, что происходит, когда металлический сплав тает или застывает. Они наблюдали маленькую частицу — всего несколько сотен микронов толщиной — из алюминиево-кремниевого сплава, пребывающего в переходном состоянии, когда оболочка уже жидкая, а ядро пока твердое. В столь маленьком образце электронный луч стимулирует плазмоны, вид проквантованной волны в электронном слое, которая много рассказала о том, что случается на жидко-твердой границе кристаллизующегося металла.

«С научной точки зрения интересно увидеть, как электроны ведут себя», отметил Хоув, «но с технологической точки зрения, если понять подробный механизм кристаллизации, можно создать более совершенные металлы».

Эффект электронного пинцета был неожиданным, поскольку общая цель эксперимента состояла в том, чтобы исследовать таяние и кристаллизацию, пояснил Олешко. «Мы легко можем создать эту сферу в жидкой раковине, и внешне будет казаться, что частица кристаллизована, однако с перемещением луча или частицы под лучом будет заметно, как твердые частицы следуют за ним, как если бы они были к нему приклеены».

Электронный пинцет может стать универсальным и ценным инструментом, добавляя манипуляцию к широкому списку использования электронной микроскопии. «С ним мы могли бы управлять даже отдельными атомами», добавил в заключение Олешко.

10.11.2011