Questa è la foto di atomi con la risoluzione più alta mai vista

Questa è la foto di atomi con la risoluzione più alta mai vista

Nel 2018, i ricercatori della Cornell hanno costruito un rilevatore ad alta potenza che ha stabilito un record mondiale per il microscopio elettronico all’avanguardia con la più alta risoluzione che, all’epoca, triplicava la risoluzione precedente che poteva acquisire. Ora, hanno battuto il proprio record di un fattore due.

David Nutt della Cornell University scrive che il successo del primo approccio guidato da David Muller – il professore di ingegneria Samuel B. Eckert – nel 2018 era imperfetto. Funzionava solo con “campioni ultrasottili spessi pochi atomi”. Se fosse più spesso, gli elettroni si disperderebbero in modi che non potrebbero essere districati.

Tuttavia, il 20 marzo 2021, Muller ha nuovamente guidato un team che ha battuto il proprio record con quello che viene descritto come un rilevatore di array di pixel al microscopio elettronico (EMPAD) che ha algoritmi di ricostruzione 3D ancora più sofisticati e la cui risoluzione è così finemente sintonizzata che la sfocatura visibile nell’immagine finita è dovuta solo al moto degli atomi stessi.

La foto risultante (sopra) raffigura una ricostruzione elettroneticografica di un cristallo di praseodimio orthoscandate (PrScO3), ingrandito 100 milioni di volte. I risultati di questo esperimento sono stati pubblicati in un rapporto completo qui.

“Questo non si limita a stabilire un nuovo record”, dice Muller. “Ha raggiunto un regime che sarà effettivamente un limite ultimo per la risoluzione. Fondamentalmente ora possiamo capire dove sono gli atomi in un modo molto semplice. Questo apre molte nuove possibilità di misurazione di cose che volevamo fare da molto tempo. Risolve anche un problema di vecchia data – annullando la dispersione multipla del raggio nel campione, che Hans Bethe ha disposto nel 1928 – che ci ha impedito di farlo in passato. ”

Il microscopio acquisisce le immagini utilizzando un metodo computazionale di imaging microscopico chiamato Ptychography. Genera immagini elaborando più modelli di interferenza coerenti che sono stati dispersi da un particolare oggetto e cerca i cambiamenti nelle regioni sovrapposte. Vedendo come cambia il modello, i ricercatori sono stati in grado di calcolare la forma dell’oggetto che ha causato il modello.

“Con questi nuovi algoritmi, ora siamo in grado di correggere tutta la sfocatura del nostro microscopio al punto che il più grande fattore di sfocatura che ci rimane è il fatto che gli atomi stessi stanno oscillando, perché è quello che succede agli atomi a temperatura finita “, Continua Muller. “Quando parliamo di temperatura, ciò che stiamo effettivamente misurando è la velocità media di quanto oscillano gli atomi.”

È possibile che i ricercatori possano battere nuovamente il proprio record mondiale utilizzando materiale costituito da atomi più pesanti, poiché oscillano di meno, o raffreddando il campione che riduce anche il movimento degli atomi. Si teorizza che gli atomi smettano di muoversi allo zero assoluto, ma è stato ancora impossibile raggiungere quella temperatura. Di conseguenza, qualsiasi temperatura abbassata che i ricercatori potrebbero raggiungere potrebbe non ridurre il movimento degli atomi di una quantità notevole.

“Vogliamo applicare questo a tutto ciò che facciamo”, afferma Muller. “Fino ad ora, abbiamo tutti indossato occhiali davvero brutti. E ora abbiamo davvero una buona coppia. Perché non dovresti toglierti i vecchi occhiali, indossare quelli nuovi e usarli sempre? ”


Crediti fotografici: Immagine dell’intestazione della Cornell University.




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