超竖琴成像的向导

虽然弗朗西丝·罗斯(Frances Ross)和她的妹妹卡洛琳·罗斯(Caroline Ross)最终都在麻省理工学院(MIT)材料科学与工程系任教，但她们是通过截然不同的途径实现这一目标的。卡洛琳的学术路线更为传统，大部分职业生涯都是在麻省理工学院度过的，而弗朗西丝·罗斯(Frances Ross)的大部分职业生涯都是在工业领域度过的，她是IBM的一名显微镜专家。直到2018年，她才来到麻省理工学院，监督新安装的最先进的电子显微镜系统。纳米设备。

弗朗西丝和她的姐姐有着非常相似的家族特征，她说:“如果他们不知道有我们两个，这让一些人感到困惑。”

这对姐妹在伦敦一个崇尚科学和材料的家庭长大。她的父亲起初是一名科学家，后来成为了一名律师，目前正在攻读他的第三个博士学位——古典文学。她的母亲是一名宝石专家，专门从事钻石的精确配对，并监督该行业的认证测试。

弗朗西丝·罗斯在剑桥大学材料科学专业获得电子显微镜博士学位后，继续在新泽西州贝尔实验室做博士后，然后到加州大学伯克利分校国家电子显微镜中心。从那以后，她继续在纽约Yorktown Heights的IBM从事电子显微镜的工作，在那里她花了20年的时间开发和应用电子显微镜技术来研究晶体生长。

当MIT建造了新的尖端纳米技术制造和分析设备，MIT。纳米，很明显，最先进的显微镜技术需要成为新中心的关键特征。就在那时，罗斯和吉姆·勒博教授以及具有学术和工业研究背景的研究科学家拉米·达纳被聘为教授，监督材料科学与工程系(DMSE)以及更广泛的麻省理工学院社区的这些显微镜的创造、开发和应用。

“目前，我们的学生必须去其他地方做高性能显微镜，所以他们可能去哈佛大学，或一个国家实验室，”罗斯说，她是艾伦·斯万娄·理查兹教授在材料科学和工程。他说:“在过去几年里，仪器方面的很多进步都汇聚在一起。因此，如果你的设备有点陈旧，这实际上是电子微缩技术的一大劣势。这是一个麻省理工有一段时间没有投资的领域，因此，一旦他们做出决定，跳跃将是非常重要的。我们将拥有最先进的成像能力。”

材料科学将有两个主要的电子显微镜系统，这两个系统正在麻省理工学院的振动隔离地下室里逐渐成形。以及另外两个已经安装的专门用于生物医学成像的芯片。

她说，其中之一将是标准电子显微镜的先进版本，它将具有独特的功能组合。“这里没有任何我们想要的能力。”

她说，其中最重要的是显微镜内部的真空质量:“在我们的大多数实验中，我们希望从原子般干净的表面开始。例如，“我们可以从原子清洁硅开始，然后添加一些锗。”锗原子是如何添加到硅表面上的?这对微电子学来说是一个非常重要的问题。但是如果样品在一个没有很好控制的环境中，那么你得到的结果将取决于真空的肮脏程度。污染可能会影响整个过程，你不能确定你所看到的是不是现实生活中所发生的。罗斯公司正在与制造商合作，以使正在开发的电子显微镜系统在真空中达到特殊的清洁水平。

但超高质量的真空只是它的特性之一。罗斯说:“我们将良好的真空与加热样品、流动气体和高速记录图像的能力结合起来。”“也许对我们的很多实验来说，最重要的是，我们使用低能量电子来进行成像，因为对于许多有趣的材料，比如石墨烯、氮化硼和相关结构，通常使用的高能电子会破坏样品。”

她说:“这是一种独特的仪器，它能让我们真正了解表面反应、晶体生长过程、材料转变、催化、涉及纳米结构形成的各种反应以及二维材料表面的化学反应。”

其他的仪器和能力也被添加到MIT的显微镜组合中。麻省理工学院已经安装了一台新的扫描透射电子显微镜。它为麻省理工学院的几个项目提供高分辨率的样品结构和化学分析。另一项新功能是一种特殊的样品架，它可以让研究人员在显微镜下对水或其他液体的展开过程制作成电影。这允许以每秒100帧的速度对各种现象进行详细的监测，如溶液阶段的生长、展开的化学反应或电化学过程，如电池的充放电。她说，把发生在水中的过程拍成电影，“是电子显微镜学的一个新领域。”

Ross已经在DMSE中建立了超高真空电子显微镜，但没有新仪器的分辨率和低压操作。最后，超高真空扫描隧道显微镜刚刚开始产生图像，并将测量通过纳米级材料的电流。

闲暇时，罗斯和丈夫布赖恩喜欢带着他们的两个孩子凯瑟琳和埃里克在缅因州海岸外航行。她的业余爱好是收集海滩沙子的样品。“我有上千种来自不同地方的沙子，其中很多来自马萨诸塞州，”她说。“无论我走到哪里，这都是我的纪念品。”

但是随着她的专注于开发这个新的世界一流的显微镜设备，这些天几乎没有时间做其他事情。她的目标是确保这是最好的设施。

“我希望麻省理工学院成为电子显微镜研究中心，”她说。“你知道，这里有所有有趣的材料科学和物理，它与这个独特的仪器非常匹配，这种高质量的成像和分析结合。这些独特的鉴定能力确实补充了这里发生的其他科学。”