קורות יונים ממוקדות

מערכות FIB משתמשות בקרן של יונים כדי לטחון, להפקיד ולצלם דגימות מיקרו וננו-קנה מידה. הקרן נוצרת בסביבה בעלת ואקום גבוה שבו נעשה שימוש בפוטנציאלים חשמליים סלקטיביים לייננת ולחלץ גליום ממקור יונים ממתכת נוזלית (LMIS). קרן זו יכולה להיות מכוונת וממוקדת בעדשות אלקטרומגנטיות הדומות לאור במיקרוסקופ אופטי מסורתי. הקרן ואז רסטרים כדי לכסות שטח על המדגם. עם סוג אחר של מקור, קרן אלקטרונים יכולה לשמש להדמיה ואפיון לא הרסניים מבלי לרחרח על פני השטח של הדגימה, בדומה לסריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM). השילוב של SEM ו- FIB סולל נתיב לטחינה ואפיון חדשניים מאוד של קורות יונים. בנוסף, ניתן להשיג מידע תלת מימדי על ידי שילוב של פעולות קרן האלקטרונים והיון לביצוע טומוגרפיה (כלומר טחנה פרוסה עם קרן יונים, תמונה עם קרן אלקטרונים, וחוזר חלילה). בדרך כלל, דגימות מוליכות הן אידיאליות עבור FIB ו- SEM מכיוון שהן אינן גובות תשלום ובכך משפיעות על המסלול להדמיה, כרסום ותצהיר. עם זאת, ניתן לחקור דגימות לא מוליכות כמו רוב הפולימרים והדגימות הביולוגיות באמצעות תיקון מטען, ציפוי מוליך, הגדרות לחץ משתנות והגדרות קרן אנרגיה נמוכה. הבנה של היסודות של אינטראקציות קרן יון מוצק עשוי לשפר את היכולת להשיג תוצאות אופטימליות באמצעות מערכת FIB. המכניקה של אינטראקציות מוצקות קרן יונים מורכבת באירועים הבאים: יונים ראשוניים של הקרן הממוקדת מפגיזים את פני השטח, חומר מקרטעת, פולטים אלקטרונים משניים ומשתילים את עצמם.

כרסום מתרחשת עקב ההתקוטטות הפיזית של המטרה. על מנת להבין את תהליך ההסתעפות, יש לחקור את האינטראקציות בין קרן היון לבין המטרה. התקוטטות מתרחשת כתוצאה מסדרה של התנגשויות אלסטיות שבהן המומנטום מועבר מיוני האירוע לאטומי המטרה בתוך אזור הנקרא אזור מפל. תהליך זה דומה למה שקורה כאשר כדור קיו פוגע בכדורי האובייקט כאשר לוקחים את זריקת ההפסקה. אטום על פני השטח של המטרה עשוי להיות מטוטח אם הוא מקבל אנרגיה קינטית העולה על אנרגיית כריכת פני השטח שלו (SBE). אנרגיית כריכת פני השטח היא האנרגיה הדרושה להסרת אטום פני השטח מהסריג בתפזורת שלו. חלק מהאטומים שנפלטו אלה עשוי להיות מיונן. בגלל הפגזת יונים, אינטראקציות inelastic יכול לקרות גם. אינטראקציות אלה מייצרות פונונים, פלסמונים במתכות ואלקטרונים משניים (SE). FIB סטנדרטי משתמש באלקטרונים משניים כדי לייצר תמונה. התצהיר יכול להתבצע גם על ידי פריסת כמויות קטנות של מולקולות גז מבשר על פני השטח של החומר ושימוש יונים המעכבים כדי להקל על תגובה כימית שבו החומר מופקד על פני השטח. למרות, עבור מחקר זה, כרסום והדמיה הם המנגנונים היחידים המכוסים.

ניסוי זה הדגים כיצד שימוש במיקרוסקופי אלקטרונים ובקורני יונים ממוקדים מאפשר לחוקרים לתפעל ולזיוף מבנים מיקרו-קנה-קנה מידה. האופי המולקולרי של האינטראקציה הממוקדת בין קרן היון לחומר מספק ל-FIB יכולת ייחודית לתפעל חומרים בקנה מידה זעיר וננו. על ידי התבוננות קפדנית באופן שבו הקרן מתקשרת עם החומר, מקלה על חפצי טעינה ומגדירה את המערכת לאיכות כרסום אופטימלית, חוקר יכול לייצר דפוסים ייחודיים על חומרים ביולוגיים ולא ביולוגיים שיכולים, במקרה של קרום תחמוצת הסיליקון, לבצע בדיוק כמו המקביל האנטומי שלה. FIBs להראות הרבה פוטנציאל בתחום זה של מחקר אבל טכניקות והחומרים המשמשים צריך לשפר הרבה יותר למציאת דרכם לתוך האורגניזמים החיים. מכשירים וטכניקות אלה לצד טכניקות הנדסת רקמות יכולים לחולל מהפכה באופן שבו אנו ניגשים לטיפול באיברים בעתיד הקרוב.

ניסוי זה התמקד במתן מבוא למערכות קרן יונים ממוקדות (FIB) והדגמת מה הן יכולות לעשות. היישומים שלהם עצומים. התרגילים כאן הדגישו כמה יישומים בביולוגיה, אשר יכול לנוע בין חתך בגודל מיקרון לבדיקת עצם ורקמות לשחזור תלת מימדי של חלקים קטנים של איבר. חשוב לציין כי FIB הוא לא רק כלי להנדסת רקמות. יש לו היסטוריה רבה עם מיקרואלקטרוניקה, מחקרים גיאולוגיים, ייצור תוספים, ציפויי ריסוס, הכנת מדגם מיקרוסקופיה אלקטרונית שידור (TEM) ואפיון חומרים כללי. דוגמאות בנושאים אלה נפוצות וניתן למצוא אותן בכל ספרות הקשורה ל- FIB.