Новый микроскоп позволил запечатлеть атомы в рекордной на сегодняшний день разрешающей способности

В 2018 году исследователи из Корнуэльского университета (Cornell University) разработали и изготовили невероятно мощный датчик, данные от которого, проходя сквозь сложную математическую обработку, называемую птихографией (ptychography), позволяют значительно улучшить разрешающую способность электронных микроскопов. Это достижение позволило получить рекордное на то время значение разрешающей способности, однако, главный недостаток этой технологии заключается в том, что она работает только со сверхтонкими образцами материалов, толщина которых не превышает нескольких атомов.

И недавно, исследовательская группа, в состав которой входили как новые люди, так и старые кадры из Корнуэльского университета, разработала и создала новый датчик - пиксельный массив электронного микроскопа (EMPAD, electron microscope pixel array detector), в котором используются более совершенные алгоритмы трехмерной реконструкции. Плюс к этому, ученым удалось более точно компенсировать искажения, возникающие из-за рассеивания электронов в исследуемом образце. И это все вместе позволило удвоить показатель разрешающей способности по сравнению с показателем, полученным в 2018 году.

Метод птихографии использует данные, получаемые при помощи сканирования образца электронным лучом. При движении луча на чувствительную поверхность датчика попадают образы, очень похожие на пятно от лазерной указки. По изменениям этих образов можно вычислить форму объекта, который стал причиной рассеивания и отклонения электронного луча.

Датчик EMPAD работает в немного расфокусированном режиме, а электронный луч имеет большую ширину для того, чтобы обеспечить максимально возможный динамический диапазон входных данных. Последовательность полученных образов пропускается через алгоритмы сложной математической обработки, что позволяет синтезировать изображение объекта с точностью до одного пикометра.

Исследователи сообщают, что разрешающая способность так высока, что это даже имеет отрицательный эффект. Края атомов на изображении остаются размытыми из-за тепловых колебаний атомов во время съемки. Тем не менее, новый мировой рекорд разрешающей способности установлен, и вряд ли кому-либо удастся взять этот барьер в скором будущем при помощи других технологий.

Появление новы высококачественных электронных микроскопов открывает перед учеными возможности измерения тех вещей, которые невозможно было сделать ранее.