超声波成像向导

虽然弗朗西斯·罗斯和她的妹妹卡罗琳·罗斯最终都是麻省理工学院材料科学与工程系的教员，但他们是通过完全不同的途径到达那里的。卡罗琳遵循更传统的学术路线，职业生涯的大部分时间都在麻省理工学院度过，而弗朗西斯·罗斯(Frances Ross)的大部分职业生涯都是在工业部门工作，在IBM担任显微镜专家。直到2018年，她才来到麻省理工学院，监督安装在新的MIT.Nano设施中的新的最先进的电子显微镜系统。

弗朗西斯与她的妹妹有着强烈的家族相似性，她说：“如果一些人不知道我们有两个人，那他们就会感到困惑。”

这对姐妹在伦敦的一个强烈的科学和材料导向的家庭中长大。她的父亲最初是一名科学家，后来是一名律师，目前正在攻读他的第三个博士学位，即古典文学。她的母亲是一名宝石学家，专门从事精确配对的钻石，并监督该行业的认证测试。

在剑桥大学获得材料科学博士学位后，弗朗西斯·罗斯专攻电子显微镜，随后在新泽西州的贝尔实验室攻读博士后，然后进入加州大学伯克利分校的国家电子显微镜中心攻读博士后学位。从那时起，她继续在纽约约克敦高地的IBM从事电子显微镜工作，在那里她花了20年的时间研究电子显微镜技术的开发和应用，以研究晶体生长。

当麻省理工学院建造其新的尖端纳米技术制造和分析设施MIT.Nano时，很明显，最先进的显微镜技术将需要成为新中心的一个关键特征。当时罗斯被聘为教授，与吉姆·勒博(Jim LeBeau)教授和具有学术和工业研究背景的研究科学家拉米·达纳(Rami Dana)一起，为材料科学与工程部(DMSE)和更广泛的麻省理工学院社区监督这些显微镜的创造、开发和应用。

“目前，我们的学生必须到其他地方去做高性能显微镜，所以他们可能会去哈佛大学，或者是国家实验室之一，”埃伦·斯沃洛·理查兹(Ellen Swallow Richards)材料科学与工程教授罗斯说，“现在，我们的学生必须去其他地方做高性能显微镜检查，所以他们可能会去哈佛大学，或者去国家实验室。”“在过去的几年里，仪器方面的许多进步汇聚在一起，所以如果你的设备稍微老了一点，这在电子显微镜方面实际上是一个很大的劣势。这是一个麻省理工学院有一段时间没有投资的领域，因此，一旦他们做出这个决定，跳跃将是非常重要的。我们将拥有最先进的成像能力。“。

将有两个主要的材料科学电子显微镜系统，这两个系统正在MIT.Nano隔振的地下室内逐步形成，另外两个已经安装的专门用于生物医学成像的系统。

她说，其中之一将是标准电子显微镜的高级版本，它将具有独特的功能组合。“我们在这里所追求的能力是不存在的。”

她说，其中最重要的是显微镜内真空的质量：“在我们的大多数实验中，我们希望从原子清洁的表面开始。”例如，“我们可以从原子清洁的硅开始，然后加入一些锗。锗原子是如何添加到硅表面的？这对微电子来说是一个非常重要的问题。但如果样本所处的环境没有得到很好的控制，那么你得到的结果将取决于真空有多脏。污染可能会影响这一过程，你不能确定你看到的是现实生活中发生的事情。“。罗斯正在与制造商合作，以期在目前正在开发的电子显微镜系统的真空中达到极高的清洁度。

但超高质量的真空只是它的属性之一。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。”“也许最重要的是，在我们的许多实验中，我们使用较低能量的电子进行成像，因为对于许多有趣的材料，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，把所有这些放在一起，“是一种独特的仪器，它将让我们真正深入了解2D材料的表面反应、晶体生长过程、材料转化、催化以及涉及纳米结构形成和表面化学的各种反应。”

麻省理工学院的显微镜产品组合中还增加了其他仪器和能力。一种新的扫描透射电子显微镜已经安装在MIT.Nano上，并为麻省理工学院的几个项目提供高分辨率的结构和化学分析样品。另一个新功能是一个特殊的样品夹，允许研究人员在显微镜下拍摄水或其他液体中展开过程的电影。这允许以高达100帧/秒的速度对各种现象进行详细监控，例如溶液相生长、展开的化学反应或电池充放电等电化学过程。她说，拍摄在水中发生的过程的电影“对电子显微镜来说是一个新的领域。”

罗斯已经在DMSE上安装了一台超高真空电子显微镜，但没有新仪器的分辨率和低电压操作。最后，一台超高真空扫描隧道显微镜刚刚开始产生图像，将测量通过纳米材料的电流。

在空闲时间，罗斯和她的丈夫布莱恩喜欢航海，大部分时间是在缅因州的海岸外，还有他们的两个孩子凯瑟琳和埃里克。作为业余爱好，她收集海滩沙子的样本。“我有来自不同地方的一千种不同的沙子，其中很多来自马萨诸塞州，”她说。“无论我走到哪里，那都是我的纪念品。”

但由于她全神贯注于开发这种新的世界级显微镜设备，这些天几乎没有时间做其他事情。她的目标是确保它是最好的设施。

“我希望麻省理工学院成为电子显微镜中心，”她说。“你知道，在这里进行的所有有趣的材料科学和物理，它与这种独特的仪器，这种高质量的成像和分析的组合非常匹配。这些独特的表征能力真的是对这里发生的其他科学的补充。“