NIST (Nacionalinio standartų instituto) mokslininkai sugebėjo užsukti plokščią elektronų bangos frontą ir sukurti spiralinę srovę, panaudodami plonas plėveles, turinčias 5 mikronų diametro plyšelius.
Nanodydžio plyšeliai sumaišo elektronų bangos frontus taip, kad susidaro spiralinės formos. Šis metodas sukuria keletą elektronų pluoštelių, lekiančių skirtingomis kryptimis. Kiekvienas pluoštelis sudarytas iš elektronų, besisukančių apie pluoštelio centrą.
Šis atradimas gali būti pritaikytas elektroniniams peršvietimo mikroskopams, kurie sugeba pamatyti smulkesnes detales nei optiniai mikroskopai ir yra lengvai pritaikomi daug platesnei medžiagų grupei nei tai daro rastriniai elektroniniai mikroskopai (angl. scanning probe microscopy). Elektroniniai peršvietimo mikroskopai naudojami greitam ir nebrangiam įvairiausių magnetinių ir biologinių medžiagų tyrimui atominiais mąsteliais.
„Spiralinė forma ir šių elektronų kampinis momentas leis mums pažvelgti į vidinę daugumos medžiagų struktūrą tokiu būdu, kuris buvo neįmanomas naudojant elektroninius peršvietimo mikroskopus,“ pasakė Benas Mikmoranas (Ben McMorran), kuris yra vienas iš straipsnio, atspausdinto Science žurnale, bendraautorių. „Elektroninių peršvietimo mikroskopų pritaikymas kartu naudojant nanogardelę, kaip mes padarėme savo eksperimente, gali būti pigus būdas esminiai praplečiant mikroskopo galimybes.“
Nors NIST mokslininkai ir nėra pirmieji, kurie bando valdyti elektronų pluoštelį tokiu būdu, tačiau jų įrenginys yra daug mažesnis, ir atskirų spiralinių srovių išsiskyrimas yra apie dešimt kartų didesnis nei prieš tai pavyko padaryti ankstesniuose kitų grupių eksperimentuose. Didesnis spiralinės srovės išsiskyrimas reiškia, kad pluoštelis gali aprėpti didesnę medžiagos sritį. Taip pat šiame eksperimente elektronai buvo užsukti su didesniu orbitiniu momentu. Orbitinio momento padidinimas leido nustatyti, kad sraigtinė srovė laikui bėgant plečiasi. Įprastiniame pluoštelyje elektronai elgiasi kaip raibuliuojančios bangos, kurios juda erdvėje kaip šviesos bangos. Šviesos bangų ilgis matuojamas šimtais nanometrų, o bangų ilgis tokiame pluoštelyje matuojamas pikometrais. Šis labai mažas elektronų bangų ilgis daro juos idealiais įrankiais tiriant atomo dydžio objektus, kurie yra panašių matmenų. Įprastame pluoštelyje elektronų bangos frontas yra plokščias ir tolydus.
Panaudodami plėvelę, kurioje yra išpjauti 5 mikronų diametro plyšeliai, elektronų bangos frontas buvo užsuktas, t. y. elektronų pluoštelis tapo sraigto formos. Ši paruošta nano dydžio gardelė veikia pro ją einantį elektronų bangos frontą stiprindama kai kurių bangų maksimumus bei slopindama kitų bangų minimumus. Mokslininkai nustatė, kad jiems pavyko sukurti sraigtinę srovę, kai užregistravo šios srovės, sudarytos iš milijonų dalelių, vaizdą. Vaizde buvo matyti riestainio formos struktūra, rodanti spiralinį elektronų judėjimą pluoštelyje.
Elektroninis peršvietimo mikroskopas sukuria objekto vaizdą jį apšviesdamas elektronais, kurių skaičius siekia trilijoną. Mikroskope matuojama elektronų absorbcija, nukrypimas nuo judėjimo krypties bei energijos nuostoliai. Naujasis mikroskopas leistų stebėti kaip medžiagos dalelės reaguoja į sąsukos momentą ir kaip medžiaga veikia spiralinę pluoštelio formą. Tai leis mokslininkams gauti pilnesnį medžiagos sandaros vaizdą.
Pavyzdžiui, sraigtinis elektronų judėjimas gali būti pritaikytas gaunant informaciją apie magnetinių medžiagų struktūrą. „Magnetizmas būtent ir pasireiškia dėl krūvių sukimosi ir orbitinio judėjimo,“ pasakė Mikmoranas. „Vadinasi, elektronų pluoštelis, kuris pats sukasi ir turi kampinį momentą, yra puikus įrankis tiriant magnetines medžiagas.“
Spiralinis elektronų pluoštelis, sąveikaudamas su bandomąja medžiaga, perduotų sąsukos momentą medžiagai, keisdamas medžiagos atomų kampinius momentus. Vadinasi, spiralinė elektronų srovė gali suteikti daugiau informacijos nei įprastinė srovė, kuri neturi šio momento.
Šis metodas būtų svarbus gerinant biologinės kilmės pavyzdėlių vaizdus, gautus su elektroniniu peršvietimo mikroskopu. Biologinės kilmės objektus yra sudėtinga stebėti, nes elektronai pro juos praeina be nuokrypio. Elektronams tokios medžiagos yra beveik skaidrios. Naudodami sraigtinę srovę, mokslininkai tikisi gauti biologinių pavyzdėlių kontrastingą ir didelės skiriamosios gebos vaizdą, stebėdami, kaip sraigtinis bangos frontas yra iškraipomas, kai elektronai juda medžiaga.
