新技术让科学家们看到原子分辨率记录

2018年,康奈尔大学的研究人员建立了一个高性能的探测器,与一个由过程称为ptychography相结合,设置一个世界纪录三倍的最先进的电子显微镜的分辨率。

成功,这种方法有一个缺点。它只与几个原子厚超薄样品。任何厚会导致电子散射的方式可以是分不开。

现在一个团队,由大卫•穆勒塞缪尔·b·埃克特教授工程,打败自己的记录与电子显微镜两倍像素阵列探测器(EMPAD)包含更复杂的三维重建算法。

决议是如此调整,唯一的模糊是原子的热振动。

该集团的纸。”电子Ptychography达到原子水平规定晶格振动”,在5月20日的《科学》杂志上发表。论文的第一作者是博士后研究员陈甄。

“这并不只是创造一个新的纪录,”穆勒说。这已经到达了一个政权是有效的极限分辨率。现在我们基本上可以算出原子在一个非常简单的方法。这开辟了很多新的测量可能我们想要做的事情很长一段时间。它也解决了一个长期存在的问题——毁灭多次散射光束的样本,汉斯是了1928年,过去阻止我们这样做。”

Ptychography作品通过扫描重叠散射模式从材料样品和寻找重叠区域的变化。

“我们追逐斑纹图案看起来很像那些猫是激光笔模式同样着迷,”穆勒说。“通过观察模式变化时,我们能计算出物体的形状导致模式。”

探测器稍散焦,模糊了梁为了从最广泛的数据成为可能。这些数据然后通过复杂的重建算法,导致一个高敏感度的图像与微微米(一米的1000000000000)的精度。

”这些新算法,我们现在能够纠正所有的模糊显微镜,剩下最大的模糊因素是原子本身是摇摆不定,因为这是发生在原子在有限温度下,”穆勒说。“当我们谈论温度,我们实际测量的是多少原子的平均速度是抖动。”

研究者可能最高纪录再次使用材料,包括重原子,摆动,或通过冷却样品。但即使在零温度,原子还有量子涨落,所以不会非常大的改进。

这一最新形式的电子ptychography将使科学家能够找到单个原子在三维空间时,他们可能会隐藏使用其他成像方法。研究人员也能够找到杂质原子在不同寻常的配置和图片他们和他们的振动,一次一个。这可能是特别有用的成像半导体、催化剂和量子材料——包括那些用于量子计算,以及分析原子在边界材料连接在一起。

成像方法也可以应用于厚生物细胞或组织,甚至大脑突触连接-穆勒所谓“——需求。”

虽然方法费时、计算要求,它可以更有效和更强大的计算机结合机器学习和更快的探测器。

“我们想把这个应用到我们所做的一切,”穆勒说,他也是卡夫康奈尔纳米科学研究所和联合主席纳米科学和微系统工程(下一个纳米)工作组,康奈尔的激进合作计划的一部分。“直到现在,我们都穿着非常糟糕的眼镜。现在我们有一个很好的一对。为什么不你想脱下旧眼镜,穿上新的,并使用它们呢?”

参考:陈Z,江Y, Y - t邵,等。电子ptychography达到原子水平规定晶格振动。科学。2021,372 (6544):826 - 831。doi:10.1126 / science.abg2533

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