Los investigadores ven los átomos en una resolución récord

En 2018, los investigadores de Cornell construyeron un detector de alta potencia que, junto con un proceso basado en algoritmos, se llama pitografía. récord mundial triplicando la resolución de un microscopio electrónico de última generación.

A pesar de lo exitoso que fue, ese enfoque tenía una debilidad. Solo funcionó con muestras de ultrasonido, que fueron algunas átomos En el caso de tejido más grueso, los electrones se dispersarán de modo que no podrá separarse.

Ahora el equipo, que está nuevamente dirigido por el profesor David de Ciencias Extranjeras Samuel B. Eckert, David Mueller, mejoró su registro por dos factores: un detector de microscopio electrónico (EMPAD), que incorpora algoritmos de recuperación 3D aún más sofisticados.

La fórmula está tan bien ajustada que todo lo que queda es la contaminación, la descomposición térmica de sus átomos.

El trabajo del grupo «La pitografía electrónica alcanza los límites de la solución atómica determinados por las vibraciones reticulares», publicado el 20 de mayo Ciencias:El autor principal del artículo es Chen, investigador postdoctoral.

«Simplemente no establece un nuevo récord», dijo Mueller. «Simplemente llegó a nuestro conocimiento entonces. De hecho, ahora podemos averiguar dónde están los átomos con un huevo muy fácil. Esto abre una serie de nuevas posibilidades de medición que hemos querido resolver durante mucho tiempo. Resuelve un problema de larga data al cancelar la dispersión múltiple del haz de muestra que Hans Betten colocó en 1928, lo que nos ha impedido hacerlo en el pasado.

La pticografía funciona escaneando patrones de dispersión coincidentes de una muestra de material, buscando cambios en la región coincidente.

«Buscamos patrones de detección que son muy similares a los patrones de puntero láser con los que los gatos están igualmente fascinados», dijo Mueller. «Al ver cómo cambia el patrón, podemos calcular la forma del objeto que creó el patrón».

El detector está ligeramente apagado, Desdibujamiento del rayo, de modo que sea posible el rango máximo de datos. Luego, estos datos se reconstruyen utilizando algoritmos sofisticados, lo que da como resultado una imagen súper precisa con una precisión de picómetro (una billonésima parte de un metro).

“Con estos nuevos algoritmos, ahora podemos corregir toda la opacidad de nuestro microscopio hasta el punto en que nos queda el factor de desenfoque más grande, que los átomos mismos están temblando, porque eso es lo que les sucede a los átomos a la temperatura final. «Dijo Mueller. «Cuando hablamos de temperatura, lo que realmente medimos es la velocidad promedio de los átomos».

Los investigadores pueden volver a batir el récord utilizando un material compuesto de átomos más pesados ​​que tiemblan menos o enfriando la muestra. Pero incluso a temperatura cero, los átomos todavía tienen fluctuaciones cuánticas, por lo que la mejora no será grande.

Esta última forma de ptigrafía electrónica permitirá a los científicos localizar átomos individuales en los tres tamaños cuando, de lo contrario, podrían ocultarse mediante otras técnicas de obtención de imágenes. Los investigadores también podrán detectar átomos de impureza en formaciones inusuales y visualizarlos inmediatamente y sus vibraciones. Esto puede ser especialmente útil para obtener imágenes de semiconductores, catalizadores, materia cuántica, incluidos los que se utilizan en la computación cuántica, así como para analizar átomos dentro de los confines de la materia.

El método de obtención de imágenes también se puede aplicar a células o tejidos biológicos gruesos, o incluso a conexiones sinápticas en el cerebro, lo que Mueller llama «conexión de demanda».

Aunque el método requiere mucho tiempo և computacionalmente exigente, se puede hacer más eficiente con computadoras más potentes, junto con aprendizaje automático և detectores más rápidos.

«Queremos aplicar eso a todo lo que hacemos», dijo Mueller, quien dirige el Instituto Cowell para la ciencia a nanoescala de Cornell y copreside la Iniciativa de ingeniería de microsistemas y ciencia a nanoescala (NEXT Nano). «Hasta ahora todos hemos usado gafas realmente malas. Y ahora tenemos una pareja realmente buena. ¿Por qué no sacar las gafas viejas, ponerse las nuevas և usarlas constantemente? «