这幅图像显示了正scandate镨(PrScO3)晶体的电子刻痕重建，放大了1亿倍。信贷:康奈尔大学

 

 

2018年，康奈尔大学的研究人员建造了一个高性能探测器，结合一种名为ptychography的算法驱动过程，通过将最先进的电子显微镜的分辨率提高两倍，创造了一项世界纪录。

 

尽管这种方法很成功，但它也有一个弱点。它只对只有几个原子厚的超薄样品起作用。任何更厚的东西都会导致电子以无法解缠的方式分散。

 

现在，同样由塞缪尔·b·埃克特工程学教授大卫·穆勒领导的一个团队，利用电子显微镜像素阵列探测器(EMPAD)，集成了更复杂的3D重建算法，以两倍的速度打破了自己的记录。

 

分辨率调整得如此之好，唯一的模糊就是原子自身的热振动。

 

该小组的论文《电子平面印刷达到晶格振动设定的原子分辨率极限》发表在5月20日的《科学》杂志上。该论文的第一作者是博士后研究员陈真。怎么注册天富

 

穆勒说:“这不仅创下了新纪录。”“已经达成了一个有效的解决方案。我们现在基本上可以很简单地找出原子的位置。这为我们长期以来一直想做的事情开辟了很多新的测量可能性。它还解决了一个长期存在的问题——消除了样品中光束的多次散射，这是汉斯·贝特在1928年提出的——这在过去阻碍了我们这么做。”

 

印刷工作通过扫描重叠散射模式的材料样本，并寻找重叠区域的变化。

 

穆勒说:“我们正在寻找那些看起来很像激光指示器图案的斑纹，而猫也同样对这些斑纹着迷。”“通过观察图案的变化，我们能够计算出产生图案的物体的形状。”

 

探测器轻微散焦，模糊光束，以捕获尽可能广泛的数据范围。然后，这些数据通过复杂的算法进行重建，得到的超精密图像精度达到了皮微米(一米的万亿分之一)。

 

Muller说:“有了这些新算法，我们现在能够纠正我们显微镜的所有模糊，最大的模糊因素就是原子本身在摇摆，因为这是原子在有限温度下发生的情况。”“当我们讨论温度时，我们实际上测量的是原子振动的平均速度。”

 

研究人员可能通过使用一种由更重的原子组成的材料，使其摆动更小，或者冷却样品，再次打破他们的记录。但即使在零度，原子仍然有量子涨落，所以改进不会很大。

 

这种最新形式的电子排版技术将使科学家能够在所有三维空间中定位单个原子，而这些原子可能被其他成像方法隐藏起来。研究人员还将能够发现异常结构的杂质原子，并一次一个地对它们及其振动进行成像。这可能在半导体、催化剂和量子材料(包括用于量子计算的材料)成像方面特别有用，以及在材料连接到一起的边界上分析原子。天富注册

 

这种成像方法也可以应用于厚的生物细胞或组织，甚至是大脑中的突触连接——穆勒称之为“按需连接组学”。

 

虽然这种方法耗时且计算要求高，但它可以通过更强大的计算机、机器学习和更快的检测器来提高效率。

 

“我们想把这个应用到我们所做的所有事情上，”Muller说，他是康奈尔大学纳米科学卡维利研究所的联合主任，也是康奈尔大学激进合作计划的一部分——纳米科学和微系统工程(NEXT Nano)特别工作组的联合主席。“直到现在，我们都戴着非常糟糕的眼镜。现在我们有了一对很好的搭档。你为什么不想取下旧眼镜，戴上新的，一直用它们呢?”