显微镜并不完全是谎言，但它们的局限性会影响他们所能说的真相。例如，扫描电子显微镜(SEM)根本看不到非常好导电的材料，并且它们的高能量实际上会损坏某些类型的样品。
为了从纳米材料和纳米结构的世界中提取更多的真相，标准与技术研究院(NIST)的研究人员已经建立了第一个使用锂离子源的低能聚焦离子束(FIB)显微镜。
该团队的新方法开辟了使用多达20种不同元素中的任何一种创建整个FIB类别的可能性，极大地增加了成像，雕刻或表征材料的选项。
虽然新显微镜的分辨率还不如SEM或氦离子显微镜(HIM)那么好，但它可以成像非导电材料，并且可以比高能SEM和FIB更清晰地显示样品表面的化学成分。 。并且，通过分析离子散射的能量，研究人员已经证明，显微镜不仅应该能够看到相邻材料在化学上不同，而且还能识别构成它们的元素。
NIST的Jabez McClelland和他的同事应用诺贝尔奖获奖激光冷却技术，在2011年制造了第一个使用锂离子的低能量FIB。从那时起，他们一直在努力改进这项技术，以提高光束的亮度和准直度，即让所有离子沿同一方向移动，使其对成像应用更有用。
新仪器首先使用激光和磁光阱(MOT)来保持原子，将中性锂原子气体冷却到约600微克的温度，仅高于绝对零度的百万分之几度。另一个激光器使原子电离，然后电场加速它们，拉直它们的飞行并将光束聚焦在目标上。
NIST FIB可以产生能量在500电子伏特到5,000电子伏特范围内的锂离子束(与HIM的约30,000电子伏特相比。)NIST团队可以进一步降低光束的能量，但是在当加速场较弱时，源限制它们可以聚焦光束的程度。
正如他们的论文中详述的那样，该团队演示了他们的显微镜如何帮助解决纳米压印光刻中的常见问题，纳米压印光刻是硅芯片上模板印刷的过程。该技术需要通过光刻模板中的空间蚀刻到硅中以转移图案。
“在制造商可以蚀刻硅之前，他们必须确保空间没有化学残留，”McClelland说。“通常，他们使用一种称为等离子蚀刻的工艺来清除残留物，但他们必须小心不要过度使用它们会损坏基板并破坏芯片。我们的FIB示波器可以检查等离子是否完成了扫描电子显微镜无法做到这一点，因为很难看到薄的残留物，高能量的光束很可能会充电和/或熔化模板，使问题变得更糟。“
该小组对显微镜有很大的计划。他们计划做的一个未来项目是试图通过将锂离子注入材料并观察它们如何影响电池的性能来准确地揭示锂电池的工作原理。该项目和其他应用将增加NIST纳米技术用户设施 – 纳米科学和技术中心的能力，该中心正在开展工作。
该集团的一些前成员已经开始他们自己的公司开发低能量铯FIB，用于单纳米量级的铣削和雕刻功能，如果成功的话，纳米加工的巨大飞跃。
“我们开发的这种新型显微镜技术有望为纳米技术提供新的工具，具有良好的表面灵敏度，元素对比度和高分辨率，”McClelland说。“应用范围从纳米加工过程控制到纳米材料开发和生物材料成像。”