NRC Handelsblad 30-11-2002

Nanobuisjes verlenen microscoop een hogere resolutie

Nanobuizen doen het uitstekend als elektronenbron voor elektronenmicroscopen, beter dan de bestaande bronnen van wolfraam, ontdekten natuurkundigen van Philips, de universiteit Leiden en een Parijse universiteit (Nature, 28 nov).

Nanobuizen, in 1991 ontdekt en sindsdien hevig in de wetenschappelijke belangstelling, zijn zeer dunne buisjes van puur koolstof, waarvan de wanden de zeshoekige kippengaasstructuur van grafiet hebben. Het werd al vermoed dat deze moleculen heel goed dienst zouden kunnen doen als elektronenbron. Die zitten in elektronenmicroscopen, die elektronen gebruiken in plaats van lichtdeeltjes om objecten uit te vergroten. Net als de lichtdeeltjes in gewone microscopen kunnen ook elektronen zich als golven gedragen, maar de golflengte is in elektronenmicroscopen veel kleiner, zodat de waar te nemen details zeer klein zijn (tot in de orde van nanometers, ofwel miljoensten millimeters).

Een goede elektronenbron zendt een intense bundel elektronen met een zo uniform mogelijke snelheid op het te onderzoeken object af. Daarbij moeten de elektronen uit een zo klein mogelijk brongebiedje lijken te komen en zo min mogelijk uitwaaieren in verschillende richtingen.

Nu worden nog vaak puntige kegeltjes van wolfraam gebruikt, het metaal met het hoogste smeltpunt. Bij verhitting zenden die een elektronenstroom uit, maar de spreiding in elektronensnelheden is relatief groot.

Eerdere metingen lieten zien dat nanobuizen zowel een stabiele bundel kunnen leveren, met een kleine spreiding in snelheden, en dat ze ook nog eens een lange levensduur hebben. Het Eindhovens-Leids-Parijse team heeft de eerste metingen gedaan aan de kwaliteit van deze bundels. Ze deden dat bij een reeks van vijf meerwandige nanobuizen, een reeks nanobuisjes die elkaar omvatten als Russische matroesjka-poppetjes. De dikte van de buizen was enkele tientallen nanometers, en het uiteinde van de buizen was afgedekt door een koepeltje van het koolstof-kippengaas. Juist uit dat gebiedje ontspringen de elektronen als er in vacuüm een spanning op de nanobuis wordt gezet. De grootte van dit brongebied maten de natuurkundigen door de elektronenbundel langs een scherpe rand te projecteren op een fosforescerend scherm. Deze opstelling gaf een diffractiepatroon, een patroon van donkere en lichte banden, veroorzaakt doordat elektronengolven afkomstig van verschillende posities in het brongebied elkaar versterken of juist uitdoven. Dat betekent ten eerste dat de elektronen coherent zijn de golven lopen met elkaar in de pas wat voordelen heeft bij sommige vormen van elektronenmicroscopie. Maar daarnaast is uit afmetingen van het diffractiepatroon de breedte van het brongebied af te leiden. Die bedroeg bij verschillende buisjes maar zo'n 4,1 nanometer, een ongekend klein stipje. De bundel waaierde maar weinig uit.

De gereduceerde helderheid bleek minstens tien maal hoger te zijn dan de bestaande elektronenbronnen van wolfraam, waarmee de status van de nanobuis als opvolger van de wolfraamkegel weer een een paar tandjes is opgeschroefd.

(c) Bruno van Wayenburg