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