Az ELKH Energiatudományi Kutatóközpont (EK) gömbihiba-korrigált mikroszkóp beszerzésére, illetve „Open Laboratórium” létrehozására irányuló projektje a Széchenyi 2020 program keretében valósult meg.

Az egyedülálló laboratórium – amely nyitott hozzáférést biztosít az egyetemek, kutatóintézetek, kkv-k számára – új lehetőségeket nyit a hazai alapkutatásban és kutatás-fejlesztésben, a félvezető anyagok és szerkezetek, kerámiák, fémek, 2D anyagok és egyéb nanoszerkezetek vizsgálatában.

Az EK arra irányuló tervei is megvalósultak, hogy a létrehozott laboratórium nyitott hozzáférést biztosítson és rendelkezésre álljon az egyetemek, kutatóintézetek, kkv-k és nagyipari cégek számára. Az „Open Laboratórium” így komoly szerepet kap az egyetemi oktatásban PhD- és MSc-szinten, továbbá az akadémiai együttműködések révén hozzájárul a magas színvonalú, új tudományos eredmények eléréséhez. Az ország első és máig is egyetlen gömbihiba-korrigált transzmissziós elektronmikroszkópjának felhasználói között található többek között az ELKH Wigner Fizikai Kutatóközpont (WIGNER FK), az ELKH Természettudományi Kutatóközpont (TTK), az Eötvös Loránd Tudományegyetem, a Szegedi Tudományegyetem, valamint a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, melynek eredményeként mintegy 30 tudományos publikáció született. Az ipari partnerek közül a Technoorg-Linda Kft. igen intenzíven, míg a SEMILAB Zrt. alkalomszerűen vette igénybe a mérési lehetőségeket.

A beszerzett készülék egy Thermo Fisher Scientific/FEI által gyártott THEMIS 200 harmadik generációs mikroszkóp, amely egy úgynevezett image-korrektorral felszerelve rendkívüli felbontások elérését teszi lehetővé a képalkotásban. A gömbihiba-korrektor bonyolult lencserendszer segítségével éri el azt, hogy a korábban csak kerek lencséket tartalmazó transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) az optikai tengelytől távol eső párhuzamos sugarakat is egy pontba (és nem egy kis korongba) fókuszálja. Ez a megoldás úgynevezett hexapóluslencséket tartalmaz, az első ilyen TEM 2005-ben került kereskedelmi forgalomba.

Az EK-ban üzembe helyezett készülék pásztázó (STEM) üzemmódban is működik, amely rendkívül jól hasznosítható az analitikai mérések során. A berendezés négy darab beépített detektort tartalmaz, amelyek a mintából az elektronsugár által kiváltott karakterisztikus röntgensugárzást detektálják (EDS). Ezek elhelyezési geometriája lehetővé teszi, hogy a kutatók a minta bármilyen pozíciójában (további döntés nélkül) elemanalízist készíthessenek, és a pásztázó funkciónak köszönhetően elemeloszlási térképeket vehessenek fel. Az első tesztek szerint az EDS-detektorok határozottan nagy érzékenységgel mutatják ki egy rétegben az összetétel kis változásait.

Az elektronmikroszkóp szobájában rendkívüli környezeti stabilitást kellett létrehozni. Ezt szolgálja a három méter mély rezgésmentes alap, a tisztatéri szűrőkkel ellátott légkondicionáló, amely biztosítja a 0,1 ºC / 30 perc hőmérsékleti stabilitást. A zajra és az 50 Hz-es mágneses térre vonatkozó (< 30 nT) értékeket is sikerült teljesíteni. Ennek köszönhetően a mikroszkóp a gyárilag garantáltnál is jobb felbontással működik.

A gyárilag garantált TEM-felbontás értéke 200 kV-on 0,09 nm, azaz 90 pm. Az EK kutatóinak tapasztalatai alapján a 0,07 nm, azaz 70 pm-es felbontás elérhető. Gyémánt egykristály felvétele a THEMIS mikroszkópban. A súlyzókhoz hasonló dumbell-ek 89 pm távolságra vannak egymástól. Egy gyengébb felbontású mikroszkóp ezeket egy intenzitásfolttá képezi le, de a THEMIS világosan feloldja.

Az elemtérképezés felbontásának demonstrációja SrTiO3 kristályrácson, amiben a stroncium és a titán alrács külön is láthatóvá tehető.