Атомы впервые засняли в самом высоком разрешении

Исследователи из Корнельского университета сделали самые четкие изображения атомов из когда-либо сделанных. Благодаря новым алгоритмам шумоподавления изображения имеют такое высокое разрешение, что, по словам команды, они почти достигают максимально возможного предела.

Были получены изображения атомов в кристалле ортоскандата празеодима (PrScO3) с увеличением в 100 миллионов раз. Атомы отчетливо видны в виде ярких точек, окруженных красными "облаками", которые, по мнению исследователей, размываются из-за покачивания самих атомов.

Беспрецедентная ясность достигается сочетанием вещей. Во-первых, это общая техника, известная как электронная птихография, которая работает путем сканирования паттернов того, как электроны рассеиваются от материала мишени. Выполняется несколько различных сканирований с областями, которые перекрываются между сканированиями, и прибор фокусируется на том, какие изменения происходят в этих перекрывающихся областях между сканированиями. Это позволяет им лучше определять форму объекта, создавшего узор.

Сам детектор, известный как детектор массива пикселей электронного микроскопа (EMPAD), использует размытый луч, чтобы сначала захватить более широкий диапазон данных. Затем это размытие корректируется с помощью серии алгоритмов, которые восстанавливают данные, в конечном итоге создавая изображение с разрешением в пикометрах или одной тысячной нанометра.

"С помощью этих новых алгоритмов мы теперь можем исправить 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", - говорит Дэвид Мюллер, ведущий автор исследования. "Когда мы говорим о температуре, на самом деле мы измеряем среднюю скорость колебания атомов".

Фактически, команда говорит, что изображения приближаются к физическим пределам для максимально возможного разрешения в этом масштабе. Тем не менее, есть несколько вещей, которые можно сделать, чтобы уменьшить размытость при дрожании - использовать более тяжелые атомы, которые меньше колеблются, или охладить образцы до абсолютного нуля, где это движение прекращается. Но даже тогда квантовые флуктуации все равно будут давать некоторое размытие.

Исследователи говорят, что прорыв может быть использован для более близкого наблюдения за компонентами квантового компьютера или биоизображения.