В США представили микроскоп, способный видеть атомы с рекордным разрешением

В 2018 году исследователи из Корнелла создали мощный детектор, который в сочетании с управляемым алгоритмом процессом, называемым птихография, установил мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа.

Каким бы успешным он ни был, у этого подхода была слабость. Он работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов. Что-нибудь более толстое приведет к тому, что электроны разлетятся так, что их нельзя будет распутать.

Теперь команда, снова возглавляемая Дэвидом Мюллером, профессором инженерных наук Сэмюэля Б. Эккерта, в два раза превзошла свой собственный рекорд с детектором матрицы пикселей электронного микроскопа (EMPAD), который включает в себя еще более сложные алгоритмы трехмерной реконструкции. Разрешение настолько точно настроено, что единственное размытие, которое остается, — это тепловое колебание самих атомов.

Статья группы «Электронная птихография достигает пределов атомного разрешения, установленных колебаниями решетки», опубликована 20 мая в журнале Science. Ведущий автор статьи — доктор наук Чжэнь Чен.

«С помощью этих новых алгоритмов мы теперь можем скорректировать все размытие нашего микроскопа до такой степени, что самый большой фактор размытия, который у нас остался, — это то, что сами атомы колеблются, потому что это то, что происходит с атомами при конечной температуре, — сказал Мюллер. «Когда мы говорим о температуре, на самом деле мы измеряем среднюю скорость колебания атомов».

Исследователи могли бы снова побить свой рекорд, используя материал, который состоит из более тяжелых атомов, которые меньше колеблются, или охладив образец. Но даже при нулевой температуре атомы все равно имеют квантовые флуктуации, поэтому улучшение не будет очень большим.

Эта новейшая форма электронной птихографии позволит ученым определять местонахождение отдельных атомов во всех трех измерениях, в то время как в противном случае они могли бы быть скрыты с помощью других методов визуализации. Исследователи также смогут находить примесные атомы в необычных конфигурациях и отображать их и их колебания по одному. Это может быть особенно полезно при отображении полупроводников, катализаторов и квантовых материалов, включая те, которые используются в квантовых вычислениях, а также для анализа атомов на границах, где материалы соединяются вместе.

ОмскПресс