Новий мікроскоп дозволив відобразити атоми рекордної роздільної здатності

У 2018 році дослідники з Корнуельського університету (Cornell University) розробили і виготовили неймовірно потужний датчик, дані від якого, проходячи крізь складну математичну обробку, звану птіхографіей (ptychography), дозволяють значно поліпшити роздільну здатність електронних мікроскопів. Це досягнення дозволило отримати рекордну на той час значення роздільної здатності, однак, головний недолік цієї технології полягає в тому, що вона працює тільки з надтонкими зразками матеріалів, товщина яких не перевищує декількох атомів.

І нещодавно, дослідницька група, до складу якої входили як нові люди, так і старі кадри з Корнуельського університету, розробила і створила новий датчик — піксельний масив електронного мікроскопа (EMPAD, electron microscope pixel array detector), в якому використовуються більш досконалі алгоритми тривимірної реконструкції . Плюс до цього, вченим вдалося більш точно компенсувати спотворення, що виникають із-за розсіювання електронів в досліджуваному зразку. І це все разом дозволило подвоїти показник роздільної здатності в порівнянні з показником, отриманим в 2018 році.

Метод птіхографіі використовує дані, одержувані за допомогою сканування зразка електронним променем. При русі променя на чутливу поверхню датчика потрапляють образи, дуже схожі на пляму від лазерної указки. По змін цих образів можна обчислити форму об’єкта, який став причиною розсіювання та відхилення електронного променя.

Датчик EMPAD працює в трохи розфокусувати режимі, а електронний промінь має велику ширину для того, щоб забезпечити максимально можливий динамічний діапазон вхідних даних. Послідовність отриманих образів пропускається через алгоритми складної математичної обробки, що дозволяє синтезувати зображення об’єкта з точністю до одного пікометр.

Дослідники повідомляють, що роздільна здатність така висока, що це навіть має негативний ефект. Краї атомів на зображенні залишаються розмитими через теплових коливань атомів під час зйомки. Проте, новий світовий рекорд роздільної здатності встановлено, і навряд чи кому-небудь вдасться взяти цей бар’єр в недалекому майбутньому за допомогою інших технологій. Поява нові високоякісних електронних мікроскопів відкриває перед вченими можливості вимірювання тих речей, які неможливо було зробити раніше. Джерело