Автор: Команда ученых из Корнельского Университета добилась выдающихся успехов в фотографировании мельчайших частиц материи. В два раза превзойден ими же установленный в 2018 году рекорд разрешения электронного микроскопа, что позволило добиться увеличения изображения в 100 млн раз.
Изображения были сделаны путем бомбардирования материала электронами под разными углами.
Затем алгоритм сравнивает полученные перекрывающиеся паттерны рассеяния, благодаря чему изображение может быть восстановлено с точностью до триллионной доли метра.
Представленные на фото изображения атомов настолько точно настроены, что размытие, оставшееся на снимке, является результатом исключительно теплового колебания самих атомов.
Таким образом, внедрение нового детектора пиксельных матриц, который включает в себя более продвинутые алгоритмы 3D — реконструкции, позволило улучшить ситуацию в два раза.
Это, как объясняет команда, приводит к получению изображения с точностью до пикометра или одной триллионной метра.
Достигнутый новейший метод «электронной психографии» может найти различные применения: позволяет исследователям обнаружить в трех измерениях те атомы в материалах, которые скрыты в других методах визуализации, или выделить атомные примеси для тщательного анализа.
Результат может быть особенно полезен для визуализации полупроводников, катализаторов и квантовых материалов.
Кроме того, этот метод также может быть использован для изображения толстых биологических клеток или тканей — и даже для сканирования синапсных соединений в мозге человека, считает автор статьи, инженер Дэвид Мюллер из Корнельского университета в Нью-Йорке.
«Мы достигли режима, который фактически станет конечным пределом для разрешения. В принципе, теперь мы можем очень легко выяснить, где находятся атомы, что помогает решить давнюю проблему — устранение многократного рассеяния луча в образце.
Метод визуализации, называемый ptychography позволяет исправить все размытия электронного микроскопа до такой степени, что самым большим фактором размытия, который остается – воздействие температуры.
Движение — «то, что происходит с атомами при конечной температуре».
«Когда мы говорим о температуре, на самом деле мы измеряем среднюю скорость того, насколько сильно колеблются атомы».
«Мы хотим применить новый метод ко всему, что мы делаем», — добавил профессор Мюллер.
— До сих пор мы все носили очень плохие очки. И теперь у нас действительно есть действительно хорошая пара.
— Почему бы тебе не снять старые очки, не надеть новые и не пользоваться ими все время?
По мнению разработчиков, в ближайшем будущем они могут снова побить свой рекорд.
Это потребует использования материала мишени, состоящего из более тяжелых атомов, который будет меньше колебаться, что позволит получить менее размытое изображение.
В качестве альтернативы тот же результат может быть достигнут путем охлаждения текущего образца, уменьшая его атомное движение.
Однако, как они предполагают, такие улучшения не будут значительными.
И даже при нулевой температуре атомы все еще имеют квантовые флуктуации, а это означает, что существует неотъемлемый предел того, насколько лучшие изображения могут быть сделаны.
Полные результаты исследования были опубликованы в журнале Science.