物理学家捕捉原子的超精密图像

2022-01-14 / 作者:猫咪资讯 / 来源:网络整理 / 阅读:247 /
内容摘要:
限制电子显微镜图像分辨率和解释的两个主要问题是透镜像差和多重散射。康奈尔大学的大卫·穆勒教授和来自美国、瑞士和德国的同事利用一种叫做ptychography的计算成像技术克服了这些问题。使用复杂的三维重建算法和电子显微镜像素阵列检测器,他们获得了比原钪酸镨晶体中原子的热振动更好的......

限制电子显微镜图像分辨率和解释的两个主要问题是透镜像差和多重散射。康奈尔大学的大卫·穆勒教授和来自美国、瑞士和德国的同事利用一种叫做ptychography的计算成像技术克服了这些问题。使用复杂的三维重建算法和电子显微镜像素阵列检测器,他们获得了比原钪酸镨晶体中原子的热振动更好的最终分辨率,并表明理论上可以识别单个原子。

This image shows an electron ptychographic reconstruction of a praseodymium orthoscandate crystal, zoomed in 100 million times. Image credit: Chen et al., doi: 10.1126/science.abg2533.这张图片显示了一个放大了1亿倍的正钪酸镨晶体的电子层析重建。影像学分:陈等,doi: 10.1126/science.abg2533。

Ptychography的工作原理是扫描材料样本中重叠的散射模式,并寻找重叠区域的变化。

穆勒教授说:“我们追求的斑点图案看起来很像那些让猫同样着迷的激光笔图案。

“通过观察图案如何变化,我们能够计算出造成图案的物体的形状。”

EMPAD检测器稍微散焦,使光束模糊,以便尽可能捕捉最大范围的数据。

然后通过复杂的算法重建这些数据,得到皮米(万亿分之一米)精度的图像。

穆勒教授说:“有了这些新算法,我们现在能够校正显微镜的所有模糊,以至于我们剩下的最大模糊因素是原子本身在摆动,因为这就是原子在有限温度下发生的情况。

“当我们谈论温度时,我们实际测量的是原子抖动的平均速度。”

物理学家可能通过使用由较重的原子组成的材料,或者通过冷却样品,再次刷新他们的记录。

但是即使在零温度下,原子仍然有量子波动,所以改善不会很大。

这种最新形式的电子照相术将使研究人员能够在使用其他成像方法可能隐藏单个原子的情况下,以3D方式定位它们。

他们还能够发现不寻常结构的杂质原子,并一次一个地对它们和它们的振动进行成像。

穆勒教授说:“我们希望将这一点应用于我们所做的一切。

“直到现在,我们都戴着非常糟糕的眼镜。现在我们真的有了一对非常好的组合。”

“为什么不愿意摘下旧眼镜,换上新眼镜,一直用呢?”

该团队的论文发表在《科学》杂志上。

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陈真等人,2021年。电子层析达到了由晶格振动设定的原子分辨率极限。科学372(6544):826-831;doi: 10.1126/science.abg2533


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