Monmorillonitpartiklar, skär isär för att avslöja att en av dem är ihålig.
Vetenskapens under kommer ofta från de oändliga möjligheter som öppnas av varje efterföljande upptäckt och de oväntade fynden som blir resultatet. Forskare vid University of Bristol har nu ett nytt verktyg som kommer att ge ännu fler och oöverträffade nivåer av information – och avgörande, utan att störa det naturliga, det fysiska tillståndet för föremålet som granskas.
De senaste månaderna har fysiker vid Bristols Interface Analysis Center tävlat om tid på dualbeam-instrumentet, som centerdirektör Dr. Tom Scott säger, "låser upp nyckeln till en helt ny värld".
Den har hittills producerat hundratals bilder som är lika vackra som de är avslöjande, och de på IAC är angelägna om att se vad mer dualbeam kan göra, arbeta med kollegor från hela universitetet för att fördjupa sig i allt, från diamanter till insektsöron.
Dualbeam tittar på ytstrukturer med en upplösning på mindre än en nanometer – motsvarande tio miljondelar av tjockleken på ett människohår. Upplösningen på bilderna som produceras är bara en nanometer, som är bortom minimal, med tanke på att det tar 1, 000 nanometer för att göra en mikron, och 1, 000 mikron utgör en enda millimeter.
Dubbelstrålen kallas så eftersom den arbetar med två system - en fokuserad jonstråle (FIB) och ett högspecifikt fältemissionsscanning elektronmikroskop (SEM). Den fungerar med galliumjoner som härrör från en flytande metalljonkälla som riktas mot ytan i en hårt kontrollerad stråle där enskilda atomer färdas med hastigheter på upp till en miljon miles i timmen. Jonstrålen kan kontrolleras exakt för att ta bort material från snävt definierade områden – i huvudsak utföra mikro- och till och med nanokirurgi på nästan vilket material som helst.
En nanotråd tillverkad med jonstrålefräsning för gasavkänningsapplikationer. Det råkar också se ut som en småskalig version av hängbron Clifton.
Till skillnad från andra tekniker som används för att dissekera material, Dualbeam kan extrahera information och ta bilder utan att orsaka någon detekterbar skada utom över ett litet område. Det kan också deponera material som guld och platina, kända för sin ledningsförmåga, på ytstrukturen, ge insikter i materialsammansättning och beteende.
För fysiker som letar efter kvantbrunnar, biologer som tittar på strukturen av membran i öronen på syrsor, och ingenjörer som vill förstå nanostrukturen hos exotiska legeringar, Dualbeam verkar ha nyckeln till framgång.
"Det gör saker möjliga som tidigare ansågs omöjliga, det är kärnan i det som gör vetenskapen vacker, ” säger Dr Scott. "Den kan göra saker på ett så exakt definierat sätt med en så hög grad av noggrannhet att det verkligen är otroligt. Faktiskt, det är svårt att förstå hur liten skala det här fungerar på."
Några av de projektförslag som övervägs och som skulle använda dubbelstrålen inkluderar en undersökning av öronen på indiska trädsyrsor, där dubbelstrålen kunde användas för att skära och se tredimensionella rekonstruktioner av cricketöron. Fynden kan i slutändan informera medicinska framsteg inom hörapparater för människor.
En annan handlar om att undersöka de material som används för att bygga kärnkraftverk. Hur snabbt de åldras, och de resultat som produceras när de gör det, är ett allvarligt problem. En närmare undersökning av mikrostrukturen hos rostfria stål, och de processer genom vilka de hanterar belastning när de påverkas av termisk cykling i kraftverk, skulle ge betydande information om potentiella felrisker som i efterhand skulle kunna säkras mot vid utformningen av nästa generation kraftverk.
Dualbeam kan också användas i kvantkryptografi, att utarbeta sätt att överföra meddelanden på ett sätt som är motståndskraftigt mot försök att ta kontakt med källan, använder sändare konstruerade från en enda fotonisk ljuskälla så liten och så intrikat kodad att de är praktiskt taget oupptäckbara.
Inom biokemi, forskare tittar på att tillverka ställdon - "guldsmörgåsar" med en polymerfyllning som kan simma genom blodomloppet, samla in information som kan användas för att informera medicinska metoder för mänskliga sjukdomar.
Att dissekera och rekonstruera strukturer i tre dimensioner kan ta några minuter eller timmar, beroende på volymen av det material som granskas. Dualbeam har också en automationsförmåga som gör det möjligt för forskare att programmera den för att utföra operativa uppgifter, frigöra dem att fortsätta med något annat. Dr Scott jämför det med ett mångfacetterat kökshjälpmedel:"Denna maskin klarar i princip all skivning och tärning, så att du kan koncentrera dig på att göra en riktigt fantastisk måltid.”
Dr. Scott är angelägen om att söka efter andra samarbeten som kommer att testa gränserna för varje disciplin och sätta material och detta nya verktyg genom dess takt:"Dualbeam-instrumentet är ett tydligt exempel på universitetets engagemang för banbrytande utveckling inom forskning. Om vi ska vara ledande i Storbritannien och internationellt när det gäller forskning måste vi tänja på gränserna för vad som är tekniskt möjligt, och den här nya utrustningen kommer säkerligen att göra det möjligt för oss att göra det.”
