电子显微镜探测器达到创纪录的决议

电子显微镜使得科学家们看到单个原子,但即使解决,并非一切都是明确的。

电子显微镜的镜头有内在缺陷称为畸变,和特殊的畸变校正技术——“像眼镜的显微镜,”大卫·穆勒说,塞缪尔·b·埃克特教授的工程应用和工程物理系(AEP)——已经开发多年来纠正这些缺陷。

畸变校正只能到此为止,但是,和纠正多个畸变,需要不断扩大校正器元素的收集器。就像把眼镜放在眼镜眼镜——就有点笨拙。

Muller -索尔古纳,约翰·l·威瑟雷尔的物理学教授,教授和Veit Elser物理,已经开发出一种方法实现超高分辨率不需要“矫正透镜”的显微镜。

他们雇佣Cornell-developed电子显微镜像素阵列探测器(EMPAD), 2017年3月推出。他们取得了什么穆勒,卡夫研究所的主任康奈尔大学纳米科学,表示是图像分辨率的世界纪录——在这种情况下使用单层二硫化钼(单原子厚度)(监理)。

他们的成就是发表在“电子Ptychography 2 d材料深Sub-Angstrom决议,“7月19日发表在《自然》杂志上。位联席作者是彝族江博士的18(物理)和镇陈,穆勒集团博士后研究员。

电子比可见光的波长小很多倍,但是电子显微镜镜头并没有相应的精确。

通常,穆勒说,电子显微镜的分辨率很大程度上依赖于透镜的数值孔径。在一个基本的相机,数值孔径的互惠“焦距比数”——数量越小,分辨率越好。

在一台好相机,焦距比数最低或“f制光圈”可能有点2,但“电子显微镜焦距比数约100,”穆勒说。畸变校正技术可以使这一数字下降到40岁,他说,仍然不是很好。

在电子显微镜图像分辨率历来是改善通过增加的数值孔径镜头和电子束的能量,这对显微镜相机或什么光光学显微镜——照亮。

之前记录的分辨率达到了一个aberration-corrected透镜和超高能量束- 300 kiloelectronvolts(凯文)——获得sub-angstrom决议。原子键通常是1和2之间埃(A)长——埃是0.1纳米,所以sub-angstrom决议将允许一个轻松地看到单个原子。穆勒集团能够达到0.39的决议——一项新的世界纪录,以更低的危害较小光束能量分辨率从畸变矫正镜片仅为0.98 a。

穆勒集团EMPAD和使用技术称为ptychography:当电子束扫描样品时,检测器收集的醒目位置和动量分布散射电子在重叠的步骤。产生的图像重建的四维数据集。

只有80 keV的团队使用一束能量,以免破坏二硫化钼。尽管低光束能量,使用EMPAD决议是那么好,显微镜能够检测以惊人的清晰失踪的硫原子——“晶格缺陷,”古纳说,在一个二维材料。“这是惊人的,”他说。

有分辨能力小于最小的原子键,一个新的测试对象所需的EMPAD方法。摸汉博士18日和Pratiti Deb 16日从穆勒集团堆放两层二硫化钼、原子一张稍微歪斜的,所以从这两个表是可见的距离从一个完整的键长彼此躺在上面。“这是世界上最小的统治者,“古纳说。

一直在翻新的EMPAD显微镜在校园,可以记录各种强度——从检测单个电子束流强度包含成百上千甚至一百万电子。

“我喜欢用的比喻是,一辆车来了,你在晚上,“古纳说。”和你看的灯,你能够阅读它们之间的车牌不被蒙蔽。”

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参考:
江,Y。陈,Z。,汉族,Y。黛比,P。、高、H。谢,S。,。穆勒,d . a (2018)。二维材料的电子ptychography深sub-angstrom决议。自然,559(7714),343 - 349。doi: 10.1038 / s41586 - 018 - 0298 - 5