بسیار بعید است یافته‌ها و مشاهدات حاصل از میکروسکوپ‌ها به طور کامل نادرست باشد، اما محدودیت‌های این ابزار حقایقی را که می‌توانند بازگو کنند تحت تأثیر قرار می‌دهند. برای مثال میکروسکوپ‌های الکترونی روبشی (SEM) را نمی‌توان به سادگی برای ارزیابی مواد با هدایت الکتریکی بسیار پایین مورد استفاده قرار داد، ضمن اینکه انرژی بالای آنها می‌تواند برخی از انواع نمونه‌ها را تخریب کند. در تلاش برای حصول حقایق بیشتری از دنیای نانو مواد و نانوساختارها، محققان مؤسسه ملی استاندارد و فناوری نخستین میکروسکوپ پرتو یونی متمرکز کم انرژی را با استفاده از منبع یون لیتیوم ساخته‌اند.
گرچه قدرت تفکیک این میکروسکوپ هنوز به خوبی میکروسکوپ SEM و میکروسکوپ یون هلیم (HIM) نیست، اما می‌تواند برای تصویر برداری از مواد غیر رسانا مورد استفاده قرار گیرد و در مقایسه با میکروسکوپ‌های پر انرژی SEM و پرتو یونی متمرکز (FIB) قادر است تمایز در ترکیب شیمیایی سطح را به شکلی بسیار واضح‌تر به تصویر بکشد. علاوه بر این، با تجزیه و تحلیل انرژی یون پراکنده شده، محققان نشان داده‌اند میکروسکوپ باید قادر باشد نه تنها مواد با ترکیب شیمیایی متفاوت را از یکدیگر تشخیص دهد بلکه باید عناصر تشکیل دهنده‌ی آنها را نیز شناسایی کند.
McClelland و همکارانش در مؤسسه ملی استاندارد و فناوری روش‌های خنک سازی لیزر برای ساخت اولین میکروسکوپ پرتو یونی متمرکز کم انرژی با استفاده از یون لیتیوم را در سال 2011 مد نظر قرار دادند. از آن تاریخ به بعد این تیم تحقیقاتی تلاش کرده‌اند تا با انجام برخی اصلاحات در روش، روشنایی و میزان همراستایی پرتو را افزایش دهند؛ این اصلاحات به معنای حرکت تمام یون‌ها در یک راستاست که باعث بهبود کارآیی پرتو در تصویر برداری خواهد شد.
این ابزار جدید ابتدا گازی از اتم‌های لیتیوم خنثی را تا دمایی حدود 600 میکرو کلوین (تنها چند میلیونیوم درجه بالاتر از صفر مطلق) سرد می‌کند. این کار با استفاده از لیزرها و یک تله اپتیکی- مغناطیسی (Magneto-Optical Trap) برای نگه داشتن اتم‌ها صورت می‌گیرد. لیزر دیگری اتم‌ها را یونیزه کرده و سپس میدان الکتریکی آنها را شتاب می‌دهد و به این ترتیب پرتو شکل گرفته بر روی نمونه متمرکز می‌شود. این میکروسکوپ قادر است پرتو یون‌های لیتیوم با انرژی در محدوده 500 تا 5000 الکترون ولت (مقایسه با میکروسکوپ یون هلیم، حدود 30000 الکترون ولت) تولید کند.
شماتیک تصویر میکروسکوپ پرتو یونی متمرکز کم انرژی با استفاده از منبع یون لیتیوم
همانطور که در مقاله‌ی منتشر شده نیز به تفصیل به این موضوع پرداخته شده، این تیم تحقیقاتی نشان داده‌اند چگونه این میکروسکوپ می‌تواند مشکل رایج در روش لیتوگرافی نانو چاپ (nanoimprint lithography)، فرآیند ایجاد الگوهای نانومقیاس روی تراشه‌های سیلیکونی، را مرتفع کند. لازمه‌ی این روش لیتوگرافی حکاکی سطح زیرلایه سیلیکونی و انتقال الگوی مورد نظر از شابلون به سطح تراشه است.
McClelland می‌گوید: ” قبل از اینکه سازنده‌ها بخواهند سطح سیلیکون را اچ کنند باید مطمئن شوند فضاهای عبور پرتو (محل‌های برخورد پرتو به سطح) عاری از آلودگی شیمیایی است. به طور معمول از فرآیند اچ پلاسمایی برای حذف پسماندهای شیمیایی استفاده می‌شود. اما در حین انجام این فرآیند باید مراقب باشند آن را بیش از حد تکرار نکنند و یا باعث آسیب زدن و تخریب سطح تراشه نشوند. میکروسکوپ ما قادر خواهد بود تشخیص دهد آیا پلاسما بدون صدمه زدن به تراشه کار خود را انجام داده است یا نه. یک میکروسکوپ الکترونی روبشی قادر به انجام این کار نخواهد بود زیرا مشاهده‌ی پسمانده‌های بسیار ریز بسیار دشوار بوده و احتمال زیادی وجود دارد که پرتو با انرژی زیاد باعث باردار شدن و یا ذوب شابلون شده و مسأله را بدتر کند. “
تصاویر حاصل از ساختار نقطه لحیم کاری شده، (الف) تصویر حاصل از میکروسکوپ پرتو یونی متمرکز لیتیوم که به شکل کاملا واضح ترکیبات قلع و سرب را از یکدیگر متمایز می‌کند، و (ب) تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی که عمدتا تفاوت‌های توپوگرافی را نشان می‌دهد. تصاویر نشان دهنده ناحیه‌ای در حدود 28 میکرون می‌باشد.
این گروه طرح‌های بزرگی برای این میکروسکوپ دارند. یکی از پروژه‌هایی که در آینده قصد انجام آن را دارند این است که با تزریق یون‌های لیتیوم به مواد و مشاهده نحوه اثر گذاری آنها بر رفتار باتری‌ها، نحوه عملکرد باتری‌های لیتیومی را به طور دقیق درک کنند.
تعدادی از اعضای سابق این تیم تحقیقاتی با هدف توسعه‌ی یک میکروسکوپ پرتو یونی متمرکز سزیومی کم انرژی شرکتی را تأسیس و فعالیت خود را شروع کرده‌اند. این میکروسکوپ که قادر به ایجاد الگوهایی با دقت یک نانومتر خواهد بود در صورت موفقیت جهش بزرگی را در نانوساخت (nanofabrication) ایجاد خواهد کرد.
McClelland می‌گوید: ” این شکل جدید میکروسکوپ که ما توسعه داده‌ایم نویدبخش ارائه یک ابزار جدید برای فناوری نانو با حساسیت سطحی خوب، کنتراست عنصری و قدرت تفکیک بالا است. طیف کاربری این میکروسکوپ از کنترل فرآیند نانوساخت تا توسعه‌ی نانو مواد و تصویر برداری از مواد بیولوژیک خواهد بود “
