Электроны в 4D

Специалисты Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (США) сделали датчик для электронного микроскопа, способный регистрировать процессы на атомарном и даже субатомном уровне в 60 раз быстрее, чем аналоги. Это просто находка для разработчиков новых материалов и микроэлектроники: экспериментов нужно будет гораздо меньше.

Чтобы испытать новый материал, источник питания или микрочип, ученым надо посмотреть, что происходит внутри образца в определенных условиях. Электронные микроскопы позволяют сделать это в формате слайд-шоу: их детекторы фиксируют отдельные изображения и выстраивают их по порядку. Если нужно посмотреть на поведение электронов под другим углом, эксперимент проводится заново. Детектор 4D (Dynamic Diffraction Direct Detector — динамический дифракционный прямой детектор) работает в 60 раз быстрее и выдает огромное количество данных — около 4 ТБ в минуту. Это эквивалентно потоку данных при одновременном просмотре 60 тыс. HD-фильмов. С помощью 4D-камеры можно создать диаграмму движения предмета (атома и т. п.), а также промотать «видео» на начало и проанализировать другие данные.

Мэри Скотт, научный сотрудник Национальной лаборатории им. Лоуренса, отметила, что новый детектор позволяет изучать легкие и тяжелые химические элементы одновременно. Раньше зачастую приходилось проводить повторные эксперименты, потому что положение легких элементов меняется слишком быстро, особенно в материалах, очень чувствительных к воздействию электронного пучка, например в литии.

«Это самый быстрый детектор, который когда-либо существовал, — ​добавил Эндрю Майнор, директор Национального центра электронной микроскопии (NCEM) в Национальной лаборатории им. Лоуренса. — ​Никто и никогда не снимал «видео» с таким временным разрешением. Микроскоп с помощью нашего детектора регистрирует все изменения динамических свойств атомов». «Видео», снятое при помощи нового детектора, показывает, как проходят химические процессы в материалах.

Новый детектор установили на микроскопе TEAM 0.5. 4D-камера подключена к суперкомпьютеру Cori в Национальном научно-вычислительном центре (NERSC), который обрабатывает информацию. «Данные камеры через 100 оптико-волоконных кабелей передаются с использованием высокоскоростного Ethernet-соединения. Информация передается в 1 тыс. раз быстрее, чем по обычной сети», — ​говорит Иэн Джонсон, научный сотрудник инженерного отдела Национальной лаборатории им. Лоуренса. «Суперкомпьютер анализирует данные примерно за 20 секунд», — ​добавляет научный сотрудник лаборатории Питер Эрсиус.

Как сообщается на сайте лаборатории, NCEM предоставляет доступ к TEAM 0.5 исследователям всего мира.