TEM-EELS পরমাণু দেখার জন্য একটি দুর্দান্ত সরঞ্জাম। TEM-EELS দুটি সরঞ্জামে বিভক্ত, TEM এবং EELS। আসুন প্রতিটি নীতি সম্পর্কে শিখি।


আজকাল, আমরা মনে করি যে সমস্ত পদার্থই পরমাণু দিয়ে তৈরি, কিন্তু এমনকি 150 বছর আগেও, মানুষ পরমাণুর অস্তিত্ব ছিল কিনা তা নিয়ে সন্দেহ ছিল। প্রকৃতপক্ষে, পরমাণুর অস্তিত্বের জন্য পরোক্ষ প্রমাণ ইতিমধ্যেই প্রচুর পরিমাণে জমা হয়েছিল। তবুও, বিজ্ঞানীরা তাদের সন্দেহ দূর করতে না পারার কারণ হল তারা আগে কখনো পরমাণু দেখেনি। সেই সময়ে বিজ্ঞানীরা ম্যাগনিফাইং গ্লাসের সাহায্যে সবচেয়ে ছোট জিনিসগুলি দেখতে পেত ব্যাকটেরিয়া, কিন্তু পরমাণু দেখতে হলে আপনাকে কয়েক হাজার গুণ বেশি বড় করতে হবে। স্বভাবতই, বিজ্ঞানীরা এমন একটি অযৌক্তিক ক্ষুদ্র পদার্থের অস্তিত্ব সহজে মেনে নিতে পারেননি। এবং তিনি নিজের চোখে পরমাণুর অস্তিত্ব নিশ্চিত করতে চেয়েছিলেন।

তাহলে কী সিদ্ধান্তমূলক ফ্যাক্টর ছিল যা বিজ্ঞানীদের পরমাণুর অস্তিত্ব নিশ্চিত করতে পরিচালিত করেছিল? উন্নত ম্যাগনিফাইং গ্লাস যা সরাসরি তাদের পরমাণুর অস্তিত্ব দেখিয়েছিল তা হল EM (ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ)। EM এর অপারেটিং প্রক্রিয়ার উপর নির্ভর করে বিভিন্ন প্রকারে বিভক্ত করা যেতে পারে। তাদের মধ্যে, এর সর্বোচ্চ রেজোলিউশনের জন্য যেটি মনোযোগ আকর্ষণ করছে তা হল TEM-EELS (ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপ-ইলেক্ট্রন এনার্জি লস স্পেকট্রোস্কোপি)। নাম অনুসারে, TEM-EELS দুটি সরঞ্জামে বিভক্ত, TEM এবং EELS।

TEM হল এমন একটি সরঞ্জাম যা বিশ্লেষণ করার জন্য একটি বস্তুর উপর ইলেকট্রন প্রজেক্ট করে এবং তারপর প্রতিসৃত ইলেকট্রনের গতিপথ বিশ্লেষণ করে। যে পরমাণুগুলি একটি বস্তু তৈরি করে তারা একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত নিউক্লিয়াস এবং একটি নেতিবাচক চার্জযুক্ত ইলেকট্রনে বিভক্ত। তদনুসারে, যখন একটি TEM সরঞ্জাম থেকে নির্গত ইলেকট্রনগুলি একটি বস্তুর অভ্যন্তরের মধ্য দিয়ে যায়, তখন তারা পারমাণবিক নিউক্লিয়াস থেকে একটি আকর্ষণীয় বল এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশের ইলেকট্রন থেকে একটি বিকর্ষণীয় বল পায়। যদি একটি ইলেকট্রন পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের কাছাকাছি যায়, তবে ইলেকট্রনের অভিক্ষিপ্ত গতিপথ পারমাণবিক আকর্ষণ দ্বারা প্রতিসৃত হয়। ইলেকট্রনের এই বিচ্যুতিকে ইলাস্টিক স্ক্যাটারিং বলে। অন্যদিকে, প্রক্ষিপ্ত ইলেকট্রন নিউক্লিয়াস থেকে দূরত্বে নিউক্লিয়াসের চারপাশে অন্যান্য ইলেকট্রন দ্বারা বিচ্যুত হতে পারে। যেহেতু পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশের ইলেকট্রনগুলি মহাকাশে ব্যাপকভাবে ছড়িয়ে রয়েছে, দুটি ইলেকট্রন সংঘর্ষের জন্য যথেষ্ট কাছাকাছি আসলে ইলেকট্রনের মধ্যে বিকর্ষণের কারণে উল্লেখযোগ্য বিচ্যুতি ঘটে। যখন অভিক্ষিপ্ত ইলেকট্রন পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে ইলেকট্রনের খুব কাছাকাছি আসে, তখন প্রক্ষিপ্ত ইলেকট্রন একটি শক্তিশালী বিকর্ষক শক্তি দ্বারা অন্য দিকে বাউন্স হয়। এই প্রক্রিয়া দ্বারা সৃষ্ট প্রতিসরণকে স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ বলা হয়। সাধারণত, স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণের কারণে ইলেক্ট্রন বিচ্যুতির মাত্রা স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণের চেয়ে বেশি হয়। অতএব, TEM প্রতিসৃত ইলেক্ট্রনের গতিপথ দেখতে পারে এবং এটি ইলাস্টিক স্ক্যাটারিং (পারমাণবিক নিউক্লিয়াস) বা স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ (ইলেক্ট্রন) থেকে এসেছে কিনা তা খুঁজে বের করতে পারে। TEM বারবার একই দিক এবং গতিতে একটি বস্তুর বিভিন্ন বিন্দুতে ইলেকট্রন প্রেরণ করে এবং পারমাণবিক নিউক্লিয়াস কোথায় অবস্থিত এবং ইলেকট্রনগুলি কোথায় অবস্থিত তা রেকর্ড করে। এই তথ্যগুলিকে একত্রিত করার মাধ্যমে আমরা জানতে পারি কিভাবে পরমাণুগুলি সমগ্র বস্তু জুড়ে সাজানো হয়েছে।

যাইহোক, উপরের পদ্ধতিতে একটি সমস্যা আছে। উদাহরণস্বরূপ, ধরা যাক যে ইলেক্ট্রনগুলি একটি ছোট ধনাত্মক চার্জ সহ একটি পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের চারপাশে একটি TEM ব্যবহার করে অনুমান করা হয়েছে। ধনাত্মক চার্জের আকার ছোট হওয়ার কারণে পারমাণবিক নিউক্লিয়াস এবং প্রবর্তিত ইলেকট্রনের মধ্যে আকর্ষণীয় বল কমে যায়, তাই ইলেকট্রন যে মাত্রায় বিচ্যুত হয় তাও দুর্বল হয়ে পড়ে। যখন এই ঘটনাটি আরও খারাপ হয়, তখন TEM দুর্বলভাবে প্রতিসৃত ইলেকট্রনগুলি ইলাস্টিক ছিটকে বা স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ থেকে আসে কিনা তা পার্থক্য করতে অক্ষম হয়ে পড়ে। সুতরাং, বিজ্ঞানীরা অতিরিক্তভাবে TEM কে EELS নামক একটি যন্ত্র দিয়ে সজ্জিত করেছেন। EELS একটি ডিভাইস যা ইলেকট্রনের শক্তি রেকর্ড করে যখন TEM প্রেরণ করা ইলেকট্রনের গতিপথ রেকর্ড করে। পূর্বে উল্লিখিত হিসাবে, যখন প্রক্ষিপ্ত ইলেক্ট্রনগুলি স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ অনুভব করে, তখন পারমাণবিক নিউক্লিয়াসের আকর্ষণের কারণে তাদের দিক পরিবর্তন হয়। যাইহোক, যখন ইলেক্ট্রনগুলি স্থিতিস্থাপক বিক্ষিপ্ততার অভিজ্ঞতা নেয়, তখন তারা নিউক্লিয়াসের চারপাশে ইলেকট্রনের সাথে সংঘর্ষের জন্য যথেষ্ট কাছাকাছি আসে এবং বাউন্স হয়ে যায়, তাই ইলেকট্রনের গতি নাটকীয়ভাবে বৃদ্ধি পায়। অতএব, স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ এবং স্থিতিস্থাপক বিচ্ছুরণ একই পরিমাণে অভিক্ষিপ্ত ইলেকট্রনকে প্রতিসরণ করলেও, EELS-এর সাহায্যে ইলেকট্রনের শক্তি নির্ধারণ করে, কোন বিক্ষিপ্ততার মাধ্যমে ইলেক্ট্রনগুলি প্রতিসৃত হয়েছে তা নির্ধারণ করা সম্ভব। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি ইলেকট্রন একটি নির্দিষ্ট গতিপথে একটি গতি বা গতিশক্তির সাথে পাওয়া যায় যে এত বড় যে স্থিতিস্থাপকভাবে বিক্ষিপ্ত ইলেকট্রন এটি থাকতে পারে না, তবে এটি নির্ধারণ করা যেতে পারে যে এই ইলেকট্রনটি স্থিতিস্থাপক বিক্ষিপ্ততার কারণে প্রতিসৃত হয়েছিল।

TEM-EELS, যা আধুনিক বিজ্ঞানীদের জন্য উপরের প্রক্রিয়ার মাধ্যমে একটি বিবর্ধক কাচ হিসাবে কাজ করে, তাদের গবেষণা জুড়ে ব্যবহার করা হয়। আধুনিক সমাজে ব্যবহৃত ডিভাইসগুলির ভৌত এবং রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যগুলি সর্বাধিক করার জন্য, পারমাণবিক স্তরের পরীক্ষাগুলি অপরিহার্য। TEM-EELS ছাড়া অন্যান্য পরোক্ষ পদ্ধতি ব্যবহার করে পারমাণবিক বিন্যাস বা উপাদানের ধরন নিশ্চিত করা বেশ কষ্টকর এবং কঠিন। উদাহরণস্বরূপ, কোরিয়ায় বর্তমানে বাণিজ্যিকীকৃত সেমিকন্ডাক্টর উৎপাদন প্রক্রিয়াটি 10nm স্তরের ইউনিট ব্যবহার করে এবং 10nm-এ মাত্র 100টি পরমাণু রয়েছে। এমনকি যদি এই 100টি পরমাণুর মধ্যে একটি ভুল স্থানান্তরিত হয়, তবে সেমিকন্ডাক্টরটি সঠিকভাবে কাজ করবে না। পারমাণবিক গঠন সরাসরি না দেখে সেমিকন্ডাক্টরের সাথে কিছু ভুল আছে কিনা তা নিশ্চিত করাও অসম্ভব। TEM-EELS নামক একটি উচ্চ-ক্ষমতাসম্পন্ন ম্যাগনিফাইং গ্লাসের গুরুত্ব আবারও জোর দেওয়া হয়েছে।