Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     Siemens  n-tv 
Datenbankrecherche:

Fachgebiet (optional):

 

Are electron tweezers possible? Apparently so

10.11.2011
Not to pick up electrons, but tweezers made of electrons. A recent paper* by researchers from the National Institute of Standards and Technology (NIST) and the University of Virginia (UVA) demonstrates that the beams produced by modern electron microscopes can be used not just to look at nanoscale objects, but to move them around, position them and perhaps even assemble them.

Anzeige

Essentially, they say, the tool is an electron version of the laser "optical tweezers" that have become a standard tool in biology, physics and chemistry for manipulating tiny particles. Except that electron beams could offer a thousand-fold improvement in sensitivity and resolution.


Optical tweezers were first described in 1986 by a research team at Bell Labs. The general idea is that under the right conditions, a tightly focused laser beam will exert a small but useful force on tiny particles. Not pushing them away, which you might expect, but rather drawing them towards the center of the beam. Biochemists, for example, routinely use the effect to manipulate individual cells or liposomes under a microscope.

If you just consider the physics, says NIST metallurgist Vladimir Oleshko, you might expect that a beam of focused electrons—such as that created by a transmission electron microscope (TEM)—could do the same thing. However that's never been seen, in part because electrons are much fussier to work with. They can't penetrate far through air, for example, so electron microscopes use vacuum chambers to hold specimens.

So Oleshko and his colleague, UVA materials scientist James Howe, were surprised when, in the course of another experiment, they found themselves watching an electron tweezer at work. They were using an electron microscope to study, in detail, what happens when a metal alloy melts or freezes. They were observing a small particle—a few hundred microns wide—of an aluminum-silicon alloy held just at a transition point where it was partially molten, a liquid shell surrounding a core of still solid metal. In such a small sample, the electron beam can excite plasmons, a kind of quantized wave in the alloy's electrons, that reveals a lot about what happens at the liquid-solid boundary of a crystallizing metal. "Scientifically, it's interesting to see how the electrons behave," says Howe, "but from a technological point of view, you can make better metals if you understand, in detail, how they go from liquid to solid."

"This effect of electron tweezers was unexpected because the general purpose of this experiment was to study melting and crystallization," Oleshko explains. "We can generate this sphere inside the liquid shell easily; you can tell from the image that it's still crystalline. But we saw that when we move or tilt the beam—or move the microscope stage under the beam—the solid particle follows it, like it was glued to the beam."

Potentially, Oleshko says, electron tweezers could be a versatile and valuable tool, adding very fine manipulation to wide and growing lists of uses for electron microscopy in materials science.** "Of course, this is challenging because it requires a vacuum," he says, "but electron probes can be very fine, three orders of magnitude smaller than photon beams—close to the size of single atoms. We could manipulate very small quantities, even single atoms, in a very precise way."

See video clip of effect at http://youtu.be/x1IMruGk8e0

* V.P. Oleshko and J.M. Howe. Are electron tweezers possible? Ultramicroscopy (2011) doi:10.1016/j.ultramic.2011.08.015.

** See, for example, the Jan. 19, 2011, Tech Beat story "NIST Puts a New Twist on the Electron Beam" at www.nist.gov/public_affairs/tech-beat/tb20110119.cfm#tem

Michael Baum | Quelle: EurekAlert!
Weitere Informationen: www.nist.gov

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Trennung von Blutzellen im Mikrofluss
24.05.2012 | Universität Augsburg

nachricht Nomads of the Galaxy
24.05.2012 | Kavli Foundation

Alle Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>


Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit


Krankheiten wie Parkinson, Alzheimer und bestimmte Krebsformen gehen auf eine fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen im Körper zurück.

Wissenschaftlern des Instituts für Photonische Technologien (IPHT) in Jena ist es erstmals gelungen, Proteinstrukturen auf sub-molekularer Ebene nachzuweisen und spektroskopisch zu analysieren. Ein wichtiger Schritt zum Verständnis der Krankheitsursachen.

„Bis heute hat man nicht genau verstanden, was die fehlerhafte Faltung und Aggregation von Eiweißen, zum Beispiel im Zusammenhang mit Alzheimer, ...

Im Focus: Widerspenstiges Quasiteilchen erzeugt


Die Quantenphysik beschreibt physikalische Vorgänge in Festkörpern und anderen Vielteilchensystemen auch mit Hilfe von Quasiteilchen.

Innsbrucker Physikern um Rudolf Grimm ist es nun erstmals gelungen, ein neues Quasiteilchen - ein repulsives Polaron - in einem Quantengas experimentell zu erzeugen. Die Forscher berichten darüber in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Ultrakalte Quantengase sind ein ideales Experimentierfeld, um physikalische Phänomene in Festkörpern zu simulieren. Unter streng kontrollierten Bedingungen ...

Im Focus: Licht lässt Partikel wachsen - Forscher entdecken neuen Mechanismus in der Atmosphäre


Licht lässt die Partikel in der Atmosphäre wachsen. In einem Experiment hat ein internationales Forscherteam erstmals einen neuen Mechanismus nachweisen können, bei dem Partikel durch Licht größer werden und der damit Einfluss auf die Wolkenbildung und das Klima hat.

Photokatalytische Reaktionen können zu einer schnellen Bindung von nicht kondensierenden flüchtigen organischen Kohlenwasserstoffen (VOCs) auf der Oberfläche der Partikel führen. Unter solchen Bedingungen nehme die Größe und Masse der Partikel schnell zu, schreiben die Wissenschaftler im renommierten Fachblatt PNAS.

Die Ergebnisse des Laborexperimentes könnten Effekte erklären, die bisher schon bei Feldkampagnen ...

Im Focus: Abschreckung: Tabak signalisiert angreifenden Zikaden Verteidigungsbereitschaft


Ähnlich wie blutsaugende Insekten prüfen Pflanzenschädlinge ihren Wirt auf Abwehrsignale, bevor sie anfangen zu fressen

Pflanzen bilden wenige Minuten nach Angriff eines Fraßfeindes Jasmonsäure, ein Hormon, das die Verteidigung gegen Insekten in Gange setzt mit der Folge, dass giftige Stoffe wie Nikotin oder Verdauungshemmer in den Blättern akkumulieren.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, Jena, haben jetzt herausgefunden, dass Zwergzikaden die Verteidigungsbereitschaft von Tabakpflanzen aufspüren können. ...

Im Focus: Erbgutkopie reist im Protein-Koffer


Wissenschaftlern vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn ist es erstmals gelungen, den Transport eines wichtigen Informationsträgers in biologischen Zellen praktisch unmodifiziert in Echtzeit zu filmen.

Die Studie zeigt, wie die so genannte Boten-RNA die Zellkernhülle überwindet und vom Zellkern in das Zytoplasma gelangt. Diese Arbeit ist nun in dem renommierten Journal „Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA“ (PNAS) publiziert.

Der Bauplan aller Lebewesen ist in ihrem Erbgut gespeichert. Dieses lagert bei höheren ...

Alle Focus-News des innovations-reports >>>

Anzeige

B2B Suche
Produkt / Dienstleistung
Firma / Organisation

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Aktuell

Energieversorger vor dem Umbruch

24.05.2012 | Studien Analysen

Stem-cell-growing surface enables bone repair

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

Im wahrsten Sinne „Spitzenforschung“: IPHT-Forscher untersuchen Eiweißfasern mit größter Genauigkeit

24.05.2012 | Biowissenschaften Chemie

VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Veranstaltungen

NieKE Themenforum: Ökonomie - Tierschutz - Lebensmittelsicherheit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Nachhaltigkeit in der Schifffahrt: Werte vs. Wertschöpfung

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

Wissenschaft und Öffentlichkeit

24.05.2012 | Veranstaltungsnachrichten

FindAndHelp