Атом фото под микроскопом: Настоящее фото атома |

Содержание

Фото одного атома победило в конкурсе научной фотографии, и вот как это стало возможно. Структура и принципы строения атома Электрон под микроскопом

На данной фотографии вы смотрите на первое прямое изображение орбит электрона вокруг атома — фактически волновую функцию атома!

Для получения фотографии орбитальной структуры атома водорода, исследователи использовали новейший квантовой микроскоп — невероятное устройство, которое позволяет ученым заглянуть в область квантовой физики.

Орбитальная структура пространства в атоме занята электроном. Но при описании этих микроскопических свойств материи, ученые полагаются на волновые функции — математические способы описания квантовых состояний частиц, а именно того, как они ведут себя в пространстве и во времени.

Как правило, в квантовой физике используют формулы типа уравнения Шредингера для описания состояний частиц.

Препятствия на пути исследователей

До сегодняшнего момента, ученые фактически никогда не наблюдали волновую функцию. Попытка уловить точное положение или импульс одинокого электрона было сродни попытке поймать рой мух. Прямые наблюдения искажались весьма неприятным явлением — квантовой когерентностью.

Чтобы измерить все квантовые состояния нужен инструмент, который может проводить множество измерений состояний частицы с течением времени.

Но как увеличить и так микроскопическое состояние квантовой частицы? Ответ нашла группа международных исследователей. С помощью квантового микроскопа — устройства, которое использует фотоионизацию для прямых наблюдений атомных структур.

В своей статье в популярном журнале Physical Review Letters, Aneta Stodolna работающая в институте молекулярной физики (AMOLF) в Нидерландах рассказывает, как она и ее команда получили структуры узловых электронных орбиталей атома водорода помещенных в статическом электрическом поле.

Методика работы

После облучения лазерными импульсами, ионизированные электроны покидали свои орбиты и по измеренной траектории попадали в 2D детектор (двойная микроканальная пластина . Детектор расположен перпендикулярно к самому полю). Существует множество траекторий, по которым могут перемещаться электронов до столкновения с детектором. Это обеспечивает исследователей набором интерференционных картин, — моделей которые отражают узловую структуру волновой функции.
Исследователи использовали электростатическую линзу, которая увеличивает исходящую волну электронов более чем в 20000 раз.

Когда-нибудь видели атомы? Мы с вами из них состоим, поэтому фактически да. Но видели ли вы когда-нибудь один единственный атом? Недавно удивительная фотография всего одного атома, захваченная электрическими полями, победила в престижном конкурсе научной фотографии, удостоивших высшей награды. На конкурс фото попало под вполне логичным названием «Single Atom in Ion Trap» (Один атом в ионной ловушке), а его автором является Дэвид Надлингер из Оксфордского университета.

Британский Научно-исследовательский совет инженерных и физических наук (EPSRC) объявил победителей своего национального конкурса научной фотографии, среди которых главного приза удостоилось фото одного атома

На фото атом представлен в виде крошечного пятнышка света между двумя металлическими электродами, расположенными на расстоянии около 2 мм друг от друга.

Подпись к фото:

«В центре фотографии видна небольшая яркая точка — один положительно заряженный атом стронция. Он удерживается почти неподвижно электрическими полями, исходящими от окружающих его металлических электродов. При освещении лазером сине-фиолетового цвета атом достаточно быстро поглощает и повторно излучает светлые частицы, благодаря чему обычная камера могла сфотографировать его с длинной выдержкой.»
«Фото было сделано через окно камеры сверхвысокого вакуума, в которой находится ловушка. Охлажденные лазером атомные ионы представляют собой отличную базу для изучения и использования уникальных свойств квантовой физики. Они используются для создания чрезвычайно точных часов или, как в этом случае, в качестве частиц для построения квантовых компьютеров будущего, которые смогут решать задачи, затмевающие сегодняшние даже самые мощнейшие суперкомпьютеры.»

Если вам всё-таки не удалось рассмотреть атом, то вот он

«Идея того, что можно увидеть один атом невооружённым глазом поразила меня до глубины души, являясь своеобразным мостом между крошечным квантовым миром и нашей макроскопической реальностью», — сказал Дэвид Надлингер. −5 метра, то есть одна сотая миллиметра. Это неразличимо неворуженным взглядом.

Давайте лучше увеличим протон сразу до размеров горошины. Орбита электрона окажется тогда радиусом с футбольное поле.

Протон будет представлять собой область положительного заряда. Он состоит из трех кварков, которые меньше его примерно в тысячу раз — их мы точно не увидим. Существует мнение, что если посыпать этот гипотетический объект магнитной стружкой, она соберется вокруг центра в сферическое облачко.

Электрон увидеть не выйдет. Никакой шарик вокруг атомного ядра летать не будет, «орбита» электрона представляет собой лишь область, в разных точках которой электрон может находиться с разной вероятностью. Можно представить это себе как сферу диаметром со стадион вокруг нашей горошины. В случайных точках внутри этой сферы возникает и моментально пропадает отрицательный электрический заряд. Причем, делает это настолько быстро, что даже в любой отдельно взятый момент времени говорить о его конкретном расположении не имеет смысла. .. да, это непостижимо. Проще говоря, это никак не «выглядит».

Интересно, кстати, что, увеличив атом до макроскопических размеров, мы надеемся его «увидеть» — то есть, засечь отраженный от него свет. На самом же деле атомы обыкновенных размеров свет не отражают, речь в атомных масштабах идет о взаимодействиях между электронами и фотонами. Электрон может поглотить фотон и перейти на следующий энергетический уровень, он может испустить фотон и так далее. При гипотетическом увеличении этой системы до размеров футбольного поля понадобится слишком много допущений, чтобы предсказать поведение этой невозможной конструкции: будет ли фотон так же воздействовать на гигантский атом? Нужно ли «смотреть» на него, бомбардируя его специальными гигантскими фотонами? Будет ли он излучать гиганские фотоны? Все эти вопросы, строго говоря, не имеют смысла. Думаю, впрочем, можно с уверенностью сказать, что атом не станет отражать свет так, как делал бы это металлический шарик.

1.
Но начнем мы совсем с другой стороны. Прежде чем отправиться в путешествие к глубинам материи, давайте обратим свой взор вверх.

Например, известно, что до Луны в среднем почти 400 тысяч километров, до Солнца — 150 миллионов, до Плутона (который уже не виден без телескопа) — 6 миллиардов, до ближайшей звезды Проксимы Центавра — 40 триллионов, до ближайшей крупной галактики туманности Андромеды — 25 квинтиллионов, и наконец до окраин обозримой Вселенной — 130 секстиллионов.

Впечатляюще, конечно, но разница между всеми этими «квадри-», «квинти-» и «сексти-» не кажется столь уж огромной, хотя они и различаются между собой в тысячу раз. Совсем другое дело микромир. Разве в нем может быть скрыто так уж много интересного, ведь ему просто негде там поместиться. Так говорит нам здравый смысл и ошибается
.

2.
Если на одном конце логарифмической шкалы отложить самое маленькое известное расстояние во Вселенной, а на другом — самое большое, то посередине окажется… песчинка. Её диаметр — 0.1 мм.

3.
Если положить в ряд 400 млрд песчинок, их ряд обогнёт весь земной шар по экватору. А если собрать эти же 400 млрд в мешок, весить он будет около тонны.

4.
Толщина человеческого волоса — 50–70 микронам, то есть их 15–20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.

5.
Размер бактерий — от 0.5 до 5 микрон. Если увеличить среднюю бактерию до такого размера, что она удобно ляжет нам в ладонь (в 100 тысяч раз), толщина волоса станет равной 5 метрам.

6.
Кстати, внутри человеческого тела обитает целый квадриллион бактерий, а их общий вес составляет 2 килограмма. Их, собственно, даже больше, чем клеток самого тела. Так что вполне можно сказать, что человек — это просто такой организм, состоящий из бактерий и вирусов с небольшими вкраплениями чего-то еще. (-35) метра. Давайте проделаем наш стандартный «увеличительный» эксперимент в последний раз. Квантовая струна становится удобного размера, и мы держим ее в руке как карандаш. При этом нейтрино будет в 7 раз больше Солнца, а атом водорода в 300 раз превысит размеры Млечного Пути.

20.
Наконец мы подошли к самой структуре мироздания — масштабу, на котором пространство становится похожим на время, время на пространство, и происходят разные другие причудливые штуки. Дальше уже ничего нет (наверное)…

В эволюции человека нет «недостающего звена»

Термин «недостающее звено» вышел из обращения в научных кругах, так как связан с ошибочным предположением о том, что эволюционный процесс линеен и идёт последовательно, «по цепочке». Вместо этого биологи пользуются термином «последний общий предок».

Интересные факты о Солнечной системе

Атом (от греч. «неделимый») — некогда мельчайшая частица вещества микроскопических размеров, наименьшая часть химического элемента, которая носит его свойства. Составляющие атома — протоны, нейтроны, электроны — этих свойств уже не имеют и образуют их в совокупности. Ковалентные атомы образуют молекулы. Ученые изучают особенности атома, и хотя они уже довольно неплохо изучены, не упускают возможности найти что-то новое — в частности, в области создания новых материалов и новых атомов (продолжающих таблицу Менделеева). 99,9% массы атома приходится на ядро.

Не пугайтесь заголовка. Чёрная дыра, случайно созданная сотрудниками Национальной ускорительной лаборатории SLAC, получилась размером всего лишь с один атом, так что нам ничто не угрожает. Да и название «чёрная дыра» лишь отдалённо описывает наблюдаемый исследователями феномен. Мы неоднократно рассказывали вам о самом мощном в мире рентгеновском лазере, носящем название

Ученые впервые увидели атом «вживую»

Принялся Трурль ловить атомы, соскабливать с них электроны, месить протоны, так что лишь пальцы мелькали, приготовил протонное тесто, выложил вокруг него электроны и — за следующий атом; не прошло и пяти минут, как держал он в руках брусочек чистого золота: подал его морде, она же, на зуб брусочек попробовав и головой кивнув, сказала:
— И в самом деле золото, только я не могу так за атомами гоняться. Слишком я большой.
— Ничего, мы дадим тебе особый аппаратик! — уговаривал его Трурль.

Станислав Лем, «Кибериада»

Можно ли с помощью микроскопа разглядеть атом, отличить его от другого атома, проследить за разрушением или образованием химической связи и увидеть, как одна молекула превращается в другую? Да, если это не простой микроскоп, а атомно-силовой. А можно и не ограничиваться наблюдением. Мы живем в то время, когда атомно-силовой микроскоп перестал быть просто окном в микромир. Сегодня этот прибор можно использовать для перемещения атомов, разрушения химических связей, изучения предела растяжения одиночных молекул — и даже для исследования генома человека.

Буквы из ксеноновых пикселей

Рассмотреть атомы не всегда было так просто. История атомно-силового микроскопа началась в 1979 году, когда Герд Карл Бинниг и Генрих Рорер, работавшие в Исследовательском центре компании IBM в Цюрихе, приступили к созданию прибора, который позволил бы изучать поверхности с атомным разрешением. Чтобы придумать такое устройство, исследователи решили использовать эффект туннельного перехода — способность электронов преодолевать, казалось бы, непроходимые барьеры. Идея состояла в том, чтобы, измеряя силу туннельного тока, возникающего между сканирующим зондом и изучаемой поверхностью, определять положение атомов в образце.

У Биннига и Рорера получилось, и они вошли в историю как изобретатели сканирующего туннельного микроскопа (СТМ), а в 1986 году получили Нобелевскую премию по физике. Сканирующий туннельный микроскоп совершил настоящую революцию в физике и химии.

В 1990 году Дон Айглер и Эрхард Швайцер, работавшие в исследовательском центре IBM в Калифорнии, показали, что СТМ можно применять не только для наблюдения за атомами, но для манипулирования ими. С помощью зонда сканирующего туннельного микроскопа они создали, возможно, самый популярный образ, символизирующий переход химиков к работе с отдельными атомами — нарисовали на никелевой поверхности три буквы 35 атомами ксенона (рис. 1).

Бинниг не стал почивать на лаврах — в год получения Нобелевской премии совместно с Кристофером Гербером и Кельвином Куэйтом, также работавшими в Цюрихском исследовательском центре IBM он начал работу над еще одним устройством для изучения микромира, лишенного недостатков, которые присущи СТМ. Дело в том, что с помощью сканирующего туннельного микроскопа нельзя было изучать диэлектрические поверхности, а только проводники и полупроводники, да и для анализа последних между ними и зондом микроскопа нужно было создать значительное разрежение. Поняв, что создать новое устройство проще, чем модернизировать существующее, Бинниг, Гербер и Куэйт изобрели атомно-силовой микроскоп, или АСМ. Принцип его работы кардинально иной: для получения информации о поверхности измеряют не силу тока, возникающую между зондом микроскопа и изучаемым образцом, а значение возникающих между ними сил притяжения, то есть слабых нехимических взаимодействий — сил Ван-дер-Ваальса.

Первая рабочая модель АСМ была устроена сравнительно просто. Исследователи перемещали над поверхностью образца алмазный зонд, связанный с гибким микромеханическим датчиком — кантилевером из золотой фольги (между зондом и атомом возникает притяжение, кантилевер гнется в зависимости от силы притяжения и деформирует пьезоэлектрик). Степень изгиба кантилевера определялась с помощью пьезоэлектрических датчиков — сходным образом канавки и гребни виниловой пластинки превращаются в аудиозапись. Конструкция атомно-силового микроскопа позволяла ему детектировать силы притяжения до 10 –18 ньютон. Через год после создания рабочего прототипа исследователям удалось получить изображение рельефа поверхности графита с разрешением в 2,5 ангстрема.

За три десятка лет, прошедших с тех пор, АСМ использовали для изучения практически любых химических объектов — от поверхности керамического материала до живых клеток и отдельных молекул, причем находящихся как в статическом, так и динамическом состоянии. Атомно-силовая микроскопия стала рабочей лошадкой химиков и материаловедов, а количество работ, в которых применяется этот метод, постоянно растет (рис. 2).

За эти годы исследователи подобрали условия и для контактного, и для бесконтактного изучения объектов с помощью атомно-силовой микроскопии. Контактный метод описан выше, он основан на вандерваальсовом взаимодействии между кантилевером и поверхностью. При работе в бесконтактном режиме пьезовибратор возбуждает колебания зонда на некоторой частоте (чаще всего резонансной). Сила, действующая со стороны поверхности, приводит к тому, что и амплитуда, и фаза колебаний зонда изменяются. Несмотря на некоторые недостатки бесконтактного метода (в первую очередь чувствительность к внешним шумам), именно он исключает воздействие зонда на исследуемый объект, а значит, интереснее для химиков.

Живо по зондам, в погоню за связями

Бесконтактной атомно-силовая микроскопия стала в 1998 году благодаря работам ученика Биннига — Франца Йозефа Гиссибла. Именно он предложил использовать в качестве кантилевера кварцевый эталонный генератор стабильной частоты. Спустя 11 лет исследователи из лаборатории IBM в Цюрихе предприняли еще одну модификацию бесконтактного АСМ: роль зонда-сенсора выполнял не острый кристалл алмаза, а одна молекула — монооксид углерода. Это позволяло перейти к субатомному разрешению, что и продемонстрировал Лео Гросс из цюрихского отдела IBM. В 2009 году с помощью АСМ он сделал видимыми уже не атомы, а химические связи, получив достаточно четкую и однозначно читаемую «картинку» для молекулы пентацена (рис. 3; Science
, 2009, 325, 5944, 1110–1114, doi: 10.1126/science.1176210
).

Убедившись, что с помощью АСМ можно увидеть химическую связь, Лео Гросс решил пойти дальше и применить атомно-силовой микроскоп для измерения длин и порядков связей — ключевых параметров для понимания химической структуры, а следовательно, и свойств веществ.

Напомним, что различие в порядках связей указывает на разные значения электронной плотности и различные межатомные расстояния между двумя атомами (говоря проще, двойная связь короче одинарной). В этане порядок связи углерод-углерод равен единице, в этилене — двум, а в классической ароматической молекуле — бензоле — порядок связи углерод-углерод больше единицы, но меньше двух, и считается равным 1,5.

Определить порядок связи гораздо сложнее при переходе от простых ароматических систем к плоским или объемным поликонденсированным циклическим системам. Так, порядок связей в фуллеренах, состоящих из конденсированных пяти- и шестичленных углеродных циклов, может принимать любое значение от единицы до двух. Та же самая неопределенность теоретически присуща и полициклическим ароматическим соединениям.

В 2012 году Лео Гросс совместно с Фабианом Моном показал, что атомно-силовой микроскоп с металлическим бесконтактным зондом, модифицированным монооксидом углерода, может измерять различия в распределении зарядов у атомов и межатомные расстояния — то есть параметры, ассоциированные с порядком связи (Science
, 2012, 337, 6100, 1326–1329, doi: 10.1126/science.1225621
).

Для этого они изучили два типа химических связей в фуллерене — связь углерод-углерод, общую для двух шестичленных углеродсодержащих циклов фуллерена С 60 , и связь углерод-углерод, общую для пяти- и шестичленного циклов. Атомно-силовой микроскоп показал, что при конденсации шестичленных циклов образуется связь более короткая и с большим порядком, чем при конденсации циклических фрагментов C 6 и C 5 . Изучение же особенностей химического связывания в гексабензокоронене, где вокруг центрального цикла C 6 симметрично расположено еще шесть циклов C 6 , подтвердило результаты квантово-химического моделирования, согласно которым порядок связей С-С центрального кольца (на рис. 4 буква i
) должен быть больше, чем у связей, объединяющих это кольцо с периферийными циклами (на рис. 4 буква j
). Сходные результаты получили и для более сложного полициклического ароматического углеводорода, содержащего девять шестичленных циклов.

Порядки связей и межатомные расстояния, конечно же, интересовали химиков-органиков, но важнее это было тем, кто занимался теорией химической связи, предсказанием реакционной способности и изучением механизмов химических реакций. Тем не менее и химиков-синтетиков, и специалистов по изучению структуры природных соединений ждал сюрприз: оказалось, что атомно-силовой микроскоп можно применять для установления структуры молекул точно так же, как ЯМР или ИК-спектроскопию. Более того, он дает однозначный ответ на вопросы, с которыми эти методы не в состоянии справиться.

От фотографии к кинематографу

В 2010 году все тот же Лео Гросс и Райнер Эбел смогли однозначно установить строение природного соединения — цефаландола А, выделенного из бактерии Dermacoccus abyssi
(Nature Chemistry
, 2010, 2, 821–825, doi: 10.1038/nchem.765). Состав цефаландола А установили ранее с помощью масс-спектрометрии, однако анализ спектров ЯМР этого соединения не давал однозначного ответа на вопрос о его структуре: возможны были четыре варианта. С помощью атомно-силового микроскопа исследователи сразу же исключили две из четырех структур, а из двух оставшихся правильный выбор сделали, сравнив результаты, полученные благодаря АСМ и квантово-химическому моделированию. Задача оказалась непростой: в отличие от пентацена, фуллерена и короненов, в состав цефаландола А входят не только атомы углерода и водорода, кроме того, у этой молекулы нет плоскости симметрии (рис. 5) — но и такую задачу удалось решить.

Еще одно подтверждение того, что атомно-силовой микроскоп можно использовать как аналитический инструмент, получили в группе Оскара Кустанца, в то время работавшего в инженерной школе Университета Осаки. Он показал, как с помощью АСМ различить атомы, отличающиеся друг от друга гораздо меньше, чем углерод и водород (Nature
, 2007, 446, 64–67, doi: 10.1038/nature05530). Кустанц исследовал поверхность сплава, состоящего из кремния, олова и свинца с известным содержанием каждого элемента. В результате многочисленных экспериментов он выяснил, что сила, возникающая между острием зонда АСМ и разными атомами, различается (рис. 6). Так, например, самое сильное взаимодействие наблюдалось при зондировании кремния, а самое слабое — при зондировании свинца.

Предполагается, что в дальнейшем результаты атомно-силовой микроскопии для распознавания отдельных атомов будут обрабатываться так же, как результаты ЯМР, — по сравнению относительных величин. Поскольку точный состав иглы датчика трудно контролировать, абсолютное значение силы между датчиком и различными атомами поверхности зависит от условий эксперимента и марки устройства, а вот отношение этих сил при любом составе и форме датчика остается постоянным для каждого химического элемента.

В 2013 году появились первые примеры использования АСМ для получения изображений отдельных молекул до и после химических реакций: создается «фотосет» из продуктов и полупродуктов реакции, который потом можно смонтировать своего рода документальный фильм (Science
, 2013, 340, 6139, 1434–1437; doi: 10.1126/science.1238187
).

Феликс Фишер и Майкл Кромми из Университета Калифорнии в Беркли нанесли на поверхность серебра 1,2-бис[(2-этинилфенил)этинил]бензол
, получили изображение молекул и нагрели поверхность, чтобы инициировать циклизацию. Половина исходных молекул превратилась в полициклические ароматические структуры, состоящие из конденсированных пяти шестичленных и двух пятичленных циклов. Еще четверть молекул образовала структуры, состоящие из четырех шестичленных циклов, связанных через один четырехчленный цикл, и двух пятичленных циклов (рис. 7) . Остальными продуктами были олигомерные структуры и, в незначительном количестве, полициклические изомеры.

Такие результаты дважды удивили исследователей. Во-первых, в ходе реакции образовалось всего лишь два главных продукта. Во-вторых, удивление вызвала их структура. Фишер отмечает, что химическая интуиция и опыт позволяли нарисовать десятки возможных продуктов реакции, однако ни один из них не соответствовал тем соединениям, которые образовывались на поверхности. Возможно, протеканию нетипичных химических процессов способствовало взаимодействие исходных веществ с подложкой.

Естественно, что после первых серьезных успехов в изучении химических связей некоторые исследователи решили применить АСМ для наблюдения более слабых и менее изученных межмолекулярных взаимодействий, в частности водородной связи. Однако в этой области работы еще только начинаются, а результаты их противоречивы. Так, в одних публикациях сообщается, что атомно-силовая микроскопия позволила наблюдать водородную связь (Science
, 2013, 342, 6158, 611–614, doi: 10.1126/science.1242603), в других утверждают, что это всего лишь артефакты, обусловленные конструкционными особенностями прибора, а экспериментальные результаты нужно интерпретировать аккуратнее (Physical Review Letters
, 2014, 113, 186102, doi: 10.1103/PhysRevLett.113.186102
). Возможно, окончательный ответ на вопрос, можно ли наблюдать водородные и другие межмолекулярные взаимодействия с помощью атомно-силовой микроскопии, будет получен уже в этом десятилетии. Для этого необходимо еще хотя бы в несколько раз повысить разрешение АСМ и научиться получать изображения без помех (Physical Review B
, 2014, 90, 085421, doi: 10.1103/PhysRevB.90.085421
).

Синтез одной молекулы

В умелых руках и СТМ и АСМ превращаются из приборов, способных изучать вещество, в приборы, способные направленно изменять строение вещества. С помощью этих устройств уже удалось получить «самые маленькие химические лаборатории», в которых вместо колбы используется подложка, а вместо молей или миллимолей реагирующих веществ — отдельные молекулы.

Например, в 2016 году международная группа ученых во главе с Такаси Кумагаи использовала бесконтактную атомно-силовую микроскопию для перевода молекулы порфицена из одной ее формы в другую (Nature Chemistry
, 2016, 8, 935–940, doi: 10.1038/nchem.2552). Порфицен можно рассматривать как модификацию порфирина, во внутреннем цикле которого содержится четыре атома азота и два атома водорода. Колебания зонда АСМ передавали молекуле порфицена достаточно энергии для переноса этих водородов от одних атомов азота к другим, и в результате получалось «зеркальное отражение» этой молекулы (рис. 8).

Группа под руководством неутомимого Лео Гросса также показала, что возможно инициировать реакцию отдельно взятой молекулы, — они превратили дибромантрацен в десятичленный циклический диин (рис. 9; Nature Chemistry
, 2015, 7, 623–628, doi: 10.1038/nchem.2300
). В отличие от Кумагаи с соавторами, они использовали сканирующий туннельный микроскоп для активации молекулы, а за результатом реакции следили с помощью атомно-силового микроскопа.

Комбинированное применение сканирующего туннельного микроскопа и атомно-силового микроскопа позволило даже получить молекулу, которую невозможно синтезировать с помощью классических приемов и методов (Nature Nanotechnology
, 2017, 12, 308–311, doi: 10.1038/nnano.2016.305
). Это триангулен — нестабильный ароматический бирадикал, существование которого было предсказано шесть десятилетий назад, но все попытки синтеза были неудачными (рис. 10). Химики из группы Нико Павличека получили искомое соединение, оторвав от его прекурсора два атома водорода с помощью СТМ и подтвердив синтетический результат с помощью АСМ.

Предполагается, что число работ, посвященных применению атомно-силовой микроскопии в органической химии, еще будет расти. В настоящее время все больше ученых пытаются повторить на поверхности реакции, хорошо знакомые «растворной химии». Но, возможно, химики-синтетики начнут воспроизводить в растворе те реакции, которые были первоначально осуществлены на поверхности с помощью АСМ.

От неживого — к живому

Кантилеверы и зонды атомно-силовых микроскопов можно применять не только для аналитических исследований или синтеза экзотических молекул, но и для решения прикладных задач. Уже известны случаи использования АСМ в медицине, например для ранней диагностики рака, и здесь пионером выступает тот самый Кристофер Гербер, который приложил руку к разработке принципа атомно-силовой микроскопии и созданию АСМ.

Так, Герберу удалось научить АСМ определять точечную мутацию рибонуклеиновой кислоты при меланоме (на материале, полученном в результате биопсии). Для этого золотой кантилевер атомно-силового микроскопа модифицировали олигонуклеотидами, которые могут вступать в межмолекулярное взаимодействие с РНК, а силу этого взаимодействия все также можно измерить за счет пьезоэффекта. Чувствительность сенсора АСМ настолько велика, что его уже пытаются применить для изучения эффективности популярного метода редактирования геномов CRISPR-Cas9. Здесь воедино объединяются технологии, созданные разными поколениями исследователей.

Перефразируя классика одной из политических теорий, можно сказать, что мы уже сейчас видим безграничные возможности и неисчерпаемость атомно-силовой микроскопии и вряд ли в силах представить, что ждет нас впереди в связи с дальнейшим развитием этих технологий. Но уже сегодня сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп дают нам возможность увидеть атомы и прикоснуться к ним. Можно сказать, что это не только продолжение наших глаз, позволяющее заглянуть в микрокосм атомов и молекул, но и новые глаза, новые пальцы, способные прикоснуться к этому микрокосму и управлять им.

Как правило, в квантовой физике используют формулы типа уравнения Шредингера для описания состояний частиц.

Препятствия на пути исследователей

Чтобы измерить все квантовые состояния нужен инструмент, который может проводить множество измерений состояний частицы с течением времени.

Методика работы

Атом водорода, запечатлев электронные облака. И хотя современные физики с помощью ускорителей могут определять даже форму протона, атом водорода, по-видимому, так и останется самым мелким объектом, изображение которого имеет смысл называть фотографией. «Лента.ру» представляет обзор современных методов фотографирования микромира.

Строго говоря, обычной фотографии в наши дни почти не осталось. Изображения, которые мы по привычке называем фотографиями и можем найти, к примеру, в любом фоторепортаже «Ленты.ру», вообще-то, являются компьютерными моделями. Светочувствительная матрица в специальном приборе (по традиции его продолжают называть «фотоаппаратом») определяет пространственное распределение интенсивности света в нескольких разных спектральных диапазонах, управляющая электроника сохраняет эти данные в цифровом виде, а потом другая электронная схема на основе этих данных отдает команду транзисторам в жидкокристаллическом дисплее. Пленка, бумага, специальные растворы для их обработки — все это стало экзотикой. А если мы вспомним буквальное значение слова, то фотография — это «светопись». Так что говорить о том, что ученым удалось сфотографировать
атом, можно лишь с изрядной долей условности.

Больше половины всех астрономических снимков уже давно делают инфракрасные, ультрафиолетовые и рентгеновские телескопы. Электронные микроскопы облучают не светом, а пучком электронов, а атомно-силовые и вовсе сканируют рельеф образца иглой. Есть рентгеновские микроскопы и магнитно-резонансные томографы. Все эти приборы выдают нам точные изображения различных объектов, и несмотря на то что о «светописи» говорить здесь, разумеется, не приходится, мы все же позволим себе именовать такие изображения фотографиями.

Эксперименты физиков по определению формы протона или распределения кварков внутри частиц останутся за кадром; наш рассказ будет ограничен масштабами атомов.

Оптика не стареет

Как выяснилось во второй половине XX века, оптическим микроскопам еще есть куда развиваться. Решающим моментом в биологических и медицинских исследованиях стало появление флуоресцентных красителей и методов, позволяющих избирательно помечать определенные вещества. Это не было «всего лишь новой краской», это был настоящий переворот.

Вопреки расхожему заблуждению, флуоресценция — это вовсе не свечение в темноте (последнее называется люминесценцией). Это явление поглощения квантов определенной энергии (скажем, синего света) с последующим излучением других квантов меньшей энергии и, соответственно, иного света (при поглощении синего испускаться будут зеленые). Если поставить светофильтр, который пропускает только излучаемые красителем кванты и задерживает свет, вызывающий флуоресценцию, можно увидеть темный фон с яркими пятнами красителей, а красители, в свою очередь, могут расцвечивать образец чрезвычайно избирательно.

Например, можно покрасить цитоскелет нервной клетки красным, синапсы выделить зеленым, а ядро — голубым. Можно сделать флуоресцентную метку, которая позволит обнаружить белковые рецепторы на мембране или синтезируемые клеткой в определенных условиях молекулы. Метод иммуногистохимического окрашивания совершил революцию в биологической науке. А когда генные инженеры научились делать трансгенных животных с флуоресцентными белками, этот метод пережил второе рождение: реальностью стали, например, мыши с окрашенными в разные цвета нейронами.

Кроме того, инженеры придумали (и отработали на практике) метод так называемой конфокальной микроскопии. Суть его заключается в том, что микроскоп фокусируется на очень тонкий слой, а специальная диафрагма отсекает создаваемую объектами вне этого слоя засветку. Такой микроскоп может последовательно сканировать образец сверху вниз и получать стопку снимков, которая является готовой основой для трехмерной модели.

Использование лазеров и сложных оптических систем управления лучом позволило решить проблему выгорания красителей и высыхания нежных биологических образцов под ярким светом: луч лазера сканирует образец только тогда, когда это необходимо для съемки. А чтобы не тратить время и силы на осмотр большого препарата через окуляр с узким полем зрения, инженеры предложили автоматическую систему сканирования: на предметный столик современного микроскопа можно положить стекло с образцом, и прибор самостоятельно отснимет масштабную панораму всего образца. При этом в нужных местах он будет наводить на резкость, а затем склеит множество кадров воедино.

В некоторые микроскопы можно посадить живых мышей, крыс или хотя бы мелких беспозвоночных животных. Другие дают небольшое увеличение, зато совмещены с рентгеновским аппаратом. Многие для устранения помех от вибраций монтируются на специальных столах массой в несколько тонн внутри помещений с тщательно контролируемым микроклиматом. Стоимость подобных систем превышает стоимость иных электронных микроскопов, а конкурсы на самый красивый кадр давно стали традицией. Кроме того, продолжается и совершенствование оптики: от поиска лучших сортов стекла и подбора оптимальных комбинаций линз инженеры перешли к способам фокусировки света.

Мы специально перечислили ряд технических подробностей для того, чтобы показать: прогресс в области биологических исследований давно связан с прогрессом в других областях. Если бы не существовало компьютеров, способных автоматически сосчитать число окрашенных клеток на нескольких сотнях фотографий, толку от супермикроскопов было бы немного. А без флуоресцентных красителей все миллионы клеток были бы неотличимы друг от друга, так что проследить за формированием новых или гибелью старых было бы практически невозможно.

По сути, первый микроскоп представлял собой струбцину с закрепленной на ней сферической линзой. Аналогом такого микроскопа может быть простая игральная карта с проделанным в ней отверстием и каплей воды. По некоторым данным подобные устройства применяли золотодобытчики на Колыме уже в прошлом столетии.

За дифракционным пределом

У оптических микроскопов есть принципиальный недостаток. Дело в том, что по форме световых волн невозможно восстановить форму тех предметов, которые оказались намного меньше длины волны: с тем же успехом можно пытаться исследовать тонкую текстуру материала рукой в толстой перчатке для сварочных работ.

Ограничения, создаваемые дифракцией, отчасти удалось преодолеть, причем без нарушения законов физики. Поднырнуть под дифракционный барьер оптическим микроскопам помогают два обстоятельства: то, что при флуоресценции кванты излучаются отдельными молекулами красителя (которые могут довольно далеко отстоять друг от друга), и то, что за счет наложения световых волн можно получить яркое пятно с диаметром, меньшим, чем длина волны.

При наложении друг на друга световые волны способны взаимно друг друга погасить, поэтому параметры освещения образца так, чтобы в яркую область попадал по возможности меньший участок. В сочетании с математическими алгоритмами, которые позволяют, например, убрать двоение изображения, такое направленное освещение дает резкое повышение качества съемки. Становится возможным, к примеру, исследовать в оптический микроскоп внутриклеточные структуры и даже (комбинируя описанный метод с конфокальной микроскопией) получать их трехмерные изображения.

Электронный микроскоп до электронных приборов

Для того чтобы открыть атомы и молекулы, ученым не пришлось их рассматривать — молекулярная теория не нуждалась в том, чтобы видеть объект. А вот микробиология стала возможна только после изобретения микроскопа. Поэтому первое время микроскопы ассоциировались именно с медициной и биологией: физики и химики, изучавшие существенно меньшие объекты, обходились другими средствами. Когда же и им захотелось посмотреть на микромир, дифракционные ограничения стали серьезной проблемой, тем более что описанные выше методы флуоресцентной микроскопии были еще неизвестны. Да и толку от повышения разрешающей способности с 500 до 100 нанометров немного, если объект, который надо рассмотреть, еще меньше!

Зная о том, что электроны могут себя вести и как волна, и как частица, физики из Германии в 1926 году создали электронную линзу. Идея, лежащая в ее основе, была очень простой и понятной любому школьнику: раз электромагнитное поле отклоняет электроны, то с его помощью можно поменять форму пучка этих частиц, растащив их в разные стороны, или, напротив, уменьшить диаметр пучка. Спустя пять лет, в 1931 году Эрнст Руска и Макс Кнолл построили первый в мире электронный микроскоп. В приборе образец сначала просвечивался пучком электронов, а потом электронная линза расширяла прошедший насквозь пучок перед тем, как тот падал на специальный люминесцентный экран. Первый микроскоп давал увеличение всего в 400 раз, но замена света на электроны открыла дорогу к фотографированию с увеличением в сотни тысяч раз: конструкторам пришлось всего лишь преодолеть несколько препятствий технического характера.

Электронный микроскоп позволил рассмотреть устройство клеток в недосягаемом ранее качестве. Но по этому снимку нельзя понять возраст клеток и наличие в них тех или иных белков, а эта информация очень нужна ученым.

Сейчас электронные микроскопы позволяют фотографировать вирусы крупным планом. Существуют разные модификации приборов, позволяющие не только просвечивать тонкие срезы, но и рассматривать их в «отраженном свете» (в отраженных электронах, конечно). Мы не будем подробно рассказывать про все варианты микроскопов, но заметим, что недавно исследователи — они научились восстанавливать изображение по дифракционной картине.

Потрогать, а не рассмотреть

Еще одна революция произошла за счет дальнейшего отхода от принципа «осветить и посмотреть». Атомный силовой микроскоп, равно как и сканирующий туннельный микроскоп, уже ничем на поверхность образцов не светит. Вместо этого по поверхности перемещается особо тонкая игла, которая буквально подпрыгивает даже на неровностях размером с отдельный атом.

Не вдаваясь в детали всех подобных методов, заметим главное: иглу туннельного микроскопа можно не только перемещать вдоль поверхности, но и использовать для перестановки атомов с места на место. Именно таким образом ученые создают надписи, рисунки и даже мультфильмы, в которых нарисованный мальчик играет с атомом. Настоящим атомом ксенона, перетаскиваемым иглой сканирующего туннельного микроскопа.

Туннельным микроскоп называют потому, что он использует эффект протекающего через иглу туннельного тока: электроны проходят через зазор между иглой и поверхностью за счет предсказанного квантовой механикой туннельного эффекта. Для работы такого прибора нужен вакуум.

Намного менее требователен к окружающим условиям атомный силовой микроскоп (АСМ) — он может (с рядом ограничений) работать без откачки воздуха. В определенном смысле АСМ является нанотехнологичным наследником патефона. Игла, закрепленная на тонком и гибком кронштейне-кантилевере (cantilever
и есть «кронштейн»), движется вдоль поверхности без подачи на нее напряжения и следует рельефу образца так же, как игла патефона следует вдоль бороздок грампластинки. Изгиб кантилевера заставляет отклоняться закрепленное на нем зеркало, зеркало отклоняет лазерный луч, и это позволяет очень точно определять форму исследуемого образца. Главное только иметь достаточно точную систему перемещения иглы, а также запас игл, которые должны быть идеально острыми. Радиус закругления у кончиков таких игл может не превышать одного нанометра.

АСМ позволяет видеть отдельные атомы и молекулы, однако, как и туннельный микроскоп, не позволяет заглянуть под поверхность образца. Иными словами, ученым приходится выбирать между возможностью видеть атомы и возможностью изучать весь объект целиком. Впрочем, и для оптических микроскопов внутренности изучаемых образцов не всегда доступны, ведь минералы или металлы обычно свет пропускают плохо. Кроме того, с фотографированием атомов все равно возникают сложности — эти объекты предстают простыми шариками, форма электронных облаков на таких снимках не видна.

Синхротронное излучение, возникающее при торможении разогнанных ускорителями заряженных частиц, позволяет изучать окаменевшие останки доисторических животных. Вращая образец под рентгеновскими лучами, мы можем получать трехмерные томограммы — именно так был найден, например, мозг внутри черепа рыб, вымерших 300 миллионов лет назад. Можно обойтись и без вращения, если регистрацию прошедшего излучения фиксацией рассеянных за счет дифракции рентгеновских лучей.

И это еще не все возможности, которые открывает рентгеновское излучение. При облучении им многие материалы флуоресцируют, причем по характеру флуоресценции можно определить химический состав вещества: таким способом ученые окраску древних артефактов, стертые в Средние века труды Архимеда или окраску перьев давно вымерших птиц.

Позируют атомы

На фоне всех тех возможностей, которые предоставляют рентгеновские или оптико-флуоресцентные методы, новый способ фотографирования отдельных атомов уже кажется не таким уж большим прорывом в науке. Суть метода, который позволил получить представленные на этой неделе изображения, такова: с ионизированных атомов срывают электроны и направляют их на специальный детектор. Каждый акт ионизации срывает электрон с определенного положения и дает одну точку на «фотографии». Накопив несколько тысяч таких точек, ученые сформировали картинку, отображающую наиболее вероятные места обнаружения электрона вокруг ядра атома, а это по определению и есть электронное облако.

В заключение скажем, что возможность видеть отдельные атомы с их электронными облаками — это скорее вишенка на торте современной микроскопии. Ученым было важно исследовать структуру материалов, изучать клетки и кристаллы, а обусловленное этим развитие технологий дало возможность дойти до атома водорода. Все, что меньше, — уже сфера интересов специалистов по физике элементарных частиц. А биологам, материаловедам и геологам еще есть куда совершенствовать микроскопы даже с довольно скромным на фоне атомов увеличением. Специалистам по нейрофизиологии, к примеру, давно хочется иметь прибор, способный видеть отдельные клетки внутри живого мозга, а создатели марсоходов продали бы душу за электронный микроскоп, который влезал бы на борт космического аппарата и мог бы работать на Марсе.

Однако сфотографировать сам атом, а не какую-либо его часть представлялось крайне трудной задачей даже при использовании самых высокотехнологичных устройств.

Дело в том, что согласно законам квантовой механики , невозможно одинаково точно определить все свойства субатомной частицы. Этот раздел теоретической физики построен по принципу неопределённости Гейзенберга , который гласит, что невозможно одинаково точно измерить координаты и импульс частицы — точные измерения одного свойства непременно изменят данные о другом.

Поэтому, вместо того чтобы определять местонахождение (координаты частицы), квантовая теория предлагает измерить так называемую волновую функцию .

Волновая функция работает почти так же, как и звуковая волна. Различие лишь в том, что математическое описание звуковой волны определяет движение молекул в воздухе в определённом месте, а волновая функция описывает вероятность появления частицы в том или ином месте по уравнению Шрёдингера .

Измерить волновую функцию также непросто (прямые наблюдения приводят к её коллапсу), но физики-теоретики могут примерно предсказать её значения.

Экспериментально измерить все параметры волновой функции можно только в том случае, если собрать её из отдельных разрушающих измерений, проведённых на полностью идентичных системах атомов или молекул.

Физики из голландского исследовательского института AMOLF представили новый метод, не требующий никаких «перестроек», и опубликовали результаты своей работы в журнале Physical Review Letters. Их методика построена на гипотезе 1981 года трёх советских физиков-теоретиков, а также на более поздних исследованиях.

В ходе эксперимента команда учёных направила два лазерных луча на атомы водорода, помещённые в специальную камеру. В результате такого воздействия электроны покинули свои орбиты с той скоростью и в том направлении, которые определялись их волновыми функциями. Сильное электрическое поле в камере, где находились атомы водорода, направило электроны на определённые части планарного (плоского) детектора.

Положение электронов, попадающих на детектор, определялось их начальной скоростью, а не позицией в камере. Таким образом, распределение электронов на детекторе рассказало учёным о волновой функции этих частиц, которая была у них, когда они покинули орбиту у ядра атома водорода.

Движения электронов отображались на фосфоресцентном экране в виде тёмных и светлых колец, которые учёные сфотографировали цифровой камерой с высоким разрешением.

«Мы очень довольны нашими результатами. Квантовая механика так мало имеет дело с повседневной жизнью людей, что вряд ли кто-то мог подумать о получении реального фотоснимка квантовых взаимодействий в атоме», — говорит ведущий автор исследования Анета Стодолна (Aneta Stodolna). Также она утверждает, что разработанная методика может иметь и практическое применение, к примеру, для создания проводников толщиной в атом, развития технологии молекулярных проводов, что значительно усовершенствует современные электронные приборы.

«Примечательно, что эксперимент был проведён именно на водороде — одновременно простейшем и самом распространённом веществе в нашей Вселенной. Нужно будет понять, можно ли применить эту методику для более сложных атомов. Если да, то это большой прорыв, который позволит развить не только электронику, но и нанотехнологии», — говорит Джеф Ландин (Jeff Lundeen) из университета Оттавы, который не принимал участия в исследовании.

Впрочем, сами учёные, проводившие эксперимент, не задумываются о практической стороне вопроса. Они считают, что их открытие в первую очередь относится к фундаментальной науке, которая поможет передать больше знаний будущим поколениям физиков.

Микроскопы Микромед — описание, фото, характеристики

Микроскопы

Каталог

Ученые создали микроскоп с самым высоким разрешением

Путь, который начался почти столетие назад, когда ученые изобрели первый электронный микроскоп, сделал еще один шаг.

Группа физиков подобралась еще ближе к предельному пределу того, насколько, по мнению ученых, можно увеличивать объекты. Эта группа ранее удерживала мировой рекорд по самому высокому разрешению, достигнутому с помощью микроскопа. Их последняя работа, опубликованная в журнале Science , еще больше уменьшает этот рекорд.

«Это изображение с самым высоким разрешением в истории человечества», — говорит Дэвид Мюллер, физик из Корнельского университета и один из авторов статьи.

Вы не получите такого высокого разрешения с микроскопами, которые вы могли использовать в школе. Эти микроскопы — подобные тем, которые Роберт Гук использовал более 300 лет назад, чтобы заглянуть в скрытый мир клеток, — видят свет. Это означает, что они не способны видеть что-то меньшее, чем длина волны этого света. Это жесткий предел, который в тысячу раз слишком велик, чтобы думать о том, чтобы увидеть атомы.

Ученые уже сталкивались с этим блокпостом в начале 20-го века. Если вы хотите стать меньше — например, чтобы войти в мир вирусов, чтобы разработать вакцину против полиомиелита, — вам понадобится среда с более короткой длиной волны, чем у света.

Вы можете обратиться к электронам, крошечным заряженным частицам, вращающимся вокруг ядра атома. В 1930-х годах такие ученые, как Эрнст Руска, начали строить первые электронные микроскопы, которые могут обнаруживать крошечные объекты в ярких деталях, исследуя их электронными лучами.

[См. также: Oppo установила цифровой микроскоп в свой новый флагманский смартфон]

Электроны имеют длину волны примерно в 100 000 раз короче света. Теоретически вы можете использовать их, чтобы заглянуть в атомы — эти фундаментальные строительные блоки всей обычной материи. Но есть проблема, и это не вина электронов. «Качество электронных линз ужасное, — говорит Мюллер.

Ни одна система визуализации не совершенна, как хорошо известно многим астрономам. Но электромагнитные линзы внутри электронных микроскопов особенно размыты. Глядя в обычный электронный микроскоп, по словам Мюллера, все равно, что смотреть на свет через пивную бутылку.

Один из способов обойти это — прикрепить аппаратные средства, называемые «корректорами аберраций», которые подобны прописыванию вашему электронному микроскопу пары очков. Но чтобы посмотреть на атомы, вам нужно будет дирижировать симфонией корректоров аберраций. Представьте себе сотню пар постоянно меняющихся очков.

К 1990-м и 2000-м годам компьютеры сделали это возможным, подняв разрешение микроскопа до новых пределов. Какое-то время корректоры аберраций занимали трон разрешающей способности. Но к 2010-м технология начала выдыхаться.

Чтобы продолжать расширять пределы разрешения микроскопа, физики Корнеллского университета пошли по менее проторенной дороге: они полностью отказались от линз. Вместо этого они стреляли электронами в объект и наблюдали, как они рассеиваются.

Когда эти электроны летят, атомы объекта сбивают бомбардирующие электроны с курса, сгибая их в узор на дальней стороне объекта. Направляя электроны на объект с разных позиций, вы можете создать целый альбом паттернов. С помощью современных компьютеров вы можете сшить эти шаблоны вместе, чтобы восстановить микроскопическое изображение исходного объекта.

Это называется птихография (тай-КАВ-граф-ее). Рентгеновские ученые сегодня обычно используют свою собственную версию птихографии, но для наблюдателей за электронами это был тупик. Ученые говорили об электронной птихографии в теории в течение полувека, но только в последние полвека это стало реально возможным, по словам И Цзяна, физика из Аргоннской национальной лаборатории и соавтора статьи.

Во-первых, в прошлом у ученых не было детекторов, которые могли бы точно определить, куда приземлилось достаточное количество электронов. Во-вторых, электроны особенно склонны отбрасываться во всевозможных диких направлениях даже одним атомом. Это нелегко объяснить даже с помощью современных компьютеров. В результате корректоры аберраций на порядок опережали птихографию в рекордном разрешении.

Но группа Корнелла считала, что птихография многообещающая. К середине 2010-х они разработали современные детекторы электронов. Для этого они позаимствовали алгоритмы у рентгенологов. Они также упростили проблему, набрав свой электронный луч и заточив объект до минимально возможной толщины.

И в 2018 году это сработало. Группа из Корнелла превзошла корректоры аберраций и достигла самого высокого разрешения микроскопа, за что была занесена в Книгу рекордов Гиннеса.

[Связано: 6 ярких микроскопических изображений жизни]

Конечно, это не был надежный метод. «Все, что мы могли сделать, — это работать с этими материалами толщиной всего в один или два атома», — говорит Мюллер.

Но группа задавалась вопросом, могут ли они стать еще меньше. У них было оборудование для этого, но им нужны были компьютеры, чтобы учесть досадное рассеяние электронов. По сути, им нужно было решить физическую проблему, которую не решали 80 лет.

Группе Корнелла потребовалось три года возни с алгоритмами — три года работы, которые, по словам Мюллера, часто оказывались бесплодными. Но благодаря работе постдока Корнелла Женя Чена они нашли способ, который сработал.

Результат? Они побили собственный мировой рекорд в два раза.

Одно из самых маленьких изображений, когда-либо созданных: атомы кислорода, скандия и празеодима при увеличении в 10 миллионов раз. Корнельский университет

«Эта статья является знаковым исследованием», — говорит Мэтью Джозеф Черукара, специалист по вычислительной технике из Аргоннской национальной лаборатории, который не участвовал в работе над статьей. «Это демонстрация возможностей передовых алгоритмов и вычислений в преодолении и преодолении физических ограничений микроскопов».

Могут ли ученые пойти еще дальше?

Ответ на этот вопрос буквально туманен.

Посмотрите на фотографии группы Корнелла, и вы увидите, что атомы кажутся размытыми. Это не аберрация детектора или помехи с воздуха. Это дрожание самих атомов, вибрирующих в жару. Вы можете охладить атомы, чтобы они остались на месте, но, исследуя их электронами, вы только снова их нагреете.

Так что это размытие, насколько известно ученым, не может быть преодолено, если только они не найдут совершенно другой способ взглянуть на атомы.

«Мы почти на пределе возможностей», — говорит Мюллер.

Революция в области микроскопии, захлестнувшая науку о материалах

Ученые не могут изучать то, что они не могут измерить — это слишком хорошо известно Дэвиду Мюллеру. Прикладной физик, Мюллер в течение многих лет боролся с ограничениями лучших доступных инструментов визуализации, поскольку он стремится исследовать материалы в атомном масштабе.

Одной из особенно неприятных задач были сверхтонкие слои дисульфида молибдена, которые обещают создание тонкой и гибкой электроники. Мюллер и его коллеги из Корнельского университета в Итаке, штат Нью-Йорк, годами изучали MoS 9.0073 2 образцов под электронным микроскопом для определения их атомной структуры. По словам Мюллера, проблема заключалась в том, чтобы четко видеть атомы серы. Повышение энергии электронного пучка сделало бы изображение более четким, но при этом выбило бы атомы из листа MoS ₂. Любому, кто надеется сказать что-то определенное о дефектах конструкции, придется гадать. «Это потребует большого мужества, и, возможно, в половине случаев вы будете правы», — говорит он.

В июле команда Мюллера сообщила о прорыве. Используя сверхчувствительный детектор, созданный исследователями, и специальный метод реконструкции данных, они определили особенности MoS 9.0073 2 до 0,39 ангстрем ¹ , в два с половиной раза лучше, чем в обычном электронном микроскопе. (1 Å составляет одну десятую нанометра и является общепринятой мерой длин атомных связей.) Сразу же отчетливо проявились прежде нечеткие атомы серы, а также «дыры» там, где их не было. Обычная электронная микроскопия «похожа на летающие пропеллерные самолеты», говорит Мюллер. — Теперь у нас есть самолет.

Изображение дисульфида молибдена с разрешением 0,39 ангстрем (внизу справа) показывает вакансию серы, которая неясна на изображениях с более низким разрешением. Кредит: Ref. ¹ .

Снимки Мюллера представляют собой последний всплеск технологических достижений, которые вызывают революцию в том, что исследователи могут исследовать с помощью просвечивающих электронных микроскопов (ПЭМ) — устройств высотой с комнату, которые посылают пучки электронов через образцы для исследования структур размером до масштаб меньше атома. Машины обещают дать ученым возможность видеть ранее недоступные детали, от структуры хрупких материалов для электроники следующего поколения до внутренностей пористых веществ, которые могут разделять газы.

Волнение вызывает не только изображения с высоким разрешением. Новые возможности также позволяют исследователям исследовать невидимые свойства материалов, как никогда прежде, включая электрические и магнитные поля, а также трудно обнаруживаемые вибрации внутри кристаллов. А некоторые исследователи превращают заполненные вакуумом внутренности электронных микроскопов в крошечные лаборатории, чтобы они могли изучать, как ведут себя образцы, когда они подвергаются воздействию жидкостей и газов или различных температур.

Аспиранты Селеста Чанг (слева) и Габриэла Калинао Корреа (справа) используют электронный микроскоп в Корнельском университете в Итаке, Нью-Йорк. Фото: Джесси Винтер, Природа

Большой вклад в улучшения внесли скоростные детекторы, чувствительные к электронам. Ранние воплощения этих детекторов уже оказали влияние на биологию, раскрывая детали строения белков и других веществ, измерение которых с помощью обычной рентгеновской кристаллографии потребовало бы много времени, если не невозможно. Но исследователи говорят, что многие из преимуществ этих новых возможностей доступны только сейчас, особенно когда речь идет об изучении наноматериалов и других синтетических систем. Долгое время люди «выясняли, что вообще можно сделать», — говорит Хаймей Чжэн, материаловед из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в Калифорнии. «Я думаю, что эта область сейчас готовится к решению более важных вопросов».

Новые разрешения

В некотором смысле электронный микроскоп не сильно изменился с момента его появления в 1930-х годах. Современный ПЭМ по-прежнему пропускает через образец пучок электронов. Затем на дальнем конце детектор регистрирует полученное изображение, или исследователи могут использовать информацию от рассеянных электронов для восстановления структуры образца. Поскольку длина волны электронов может быть в тысячи раз меньше длины волны видимого света, они способны различать гораздо более мелкие детали, чем обычный оптический микроскоп.

Хотя эта базовая конструкция осталась неизменной, разрешающая способность ПЭМ улучшилась более чем в 1000 раз. Последний большой скачок начался около 20 лет назад с появлением электромагнитов, которые могли корректировать искажения электронного луча. К концу 2000-х эти долгожданные корректоры аберраций позволили усовершенствованным ПЭМ достичь разрешения менее ангстрема.

Источник: Дэвид Мюллер

«Для материаловедов корректоры аберраций стали большой революцией, — говорит Мюллер. «Это не только позволяет вам увидеть все виды атомов, которые вы хотели увидеть, но и позволяет вам работать намного быстрее, чем вы работали раньше». Но чтобы в полной мере воспользоваться этим скачком в разрешении, микроскопистам по-прежнему приходилось направлять на свои образцы интенсивные дозы электронных лучей, а это означало, что хрупкие материалы, в том числе биологические, будут повреждены.

Биологи быстро ухватились за очередное новшество. В течение многих лет лучший электронный метод получения изображений ПЭМ начинался с чувствительных к излучению сцинтилляторов, которые использовались для преобразования поступающих электронов в фотоны, которые затем можно было обнаружить. Но этот процесс был косвенным и неэффективным и привел к большому размытию.

Ситуация изменилась в начале 2010-х годов, когда стали широко доступны «детекторы прямых электронов». Такие устройства могли бы напрямую и эффективно регистрировать электроны, генерируя более чистые изображения из меньшего количества входящих частиц.

Биологи соединили эти детекторы с замороженными образцами, чтобы создать технику ПЭМ, называемую криоэлектронной микроскопией (крио-ЭМ), которая выявила структуры широкого спектра биомолекул. В прошлом году трое пионеров этого подхода получили Нобелевскую премию по химии за свою работу.

По словам Мюллера, для многих материаловедов эти детекторы были менее привлекательными. Во-первых, они не могли допустить большого количества электронов на пиксель, что не позволяло исследователям использовать такой интенсивный луч, который им понадобился бы для наблюдения за объектами в мельчайших масштабах. Эти устройства особенно плохо подходили для сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM), в которой электроны фокусируются в меньший по размеру и более яркий пучок, который затем можно перемещать по образцу. Проблема заключалась в том, что крио-ЭМ-детекторы не были предназначены для захвата как потока электронов, которые проходят через образец без отклонения, так и небольшой доли электронов, которые отклоняются от своего первоначального пути, что имеет решающее значение в STEM.

Десять лет назад Мюллер и его коллеги начали работу над детектором, способным улавливать все эти электроны. В отличие от тех, которые используются для крио-ЭМ, которые могут иметь миллионы пикселей, окончательное устройство команды, называемое детектором массива пикселей электронного микроскопа (EMPAD), может похвастаться менее чем 20 000 пикселей. Но EMPAD построен на пластине из кремния толщиной в полмиллиметра, поэтому он может улавливать всю энергию ударяющих его электронов и, таким образом, различать отдельные частицы, а также основной пучок. Мюллер сравнивает динамический диапазон детектора, составляющий миллион к одному, с изображением, освещенным сзади, в солнечный день. «Это детектор, который сможет одновременно получить изображение всех пятен на Солнце и изображение лица моего друга в тени», — говорит он.

Именно это достижение позволило команде Мюллера в этом году четко отобразить осколки MoS ₂ с помощью вычислительного метода для обработки множественных рисунков рассеяния, называемого птихографией ¹ . Но возможность захвата всех электронов, рассеянных образцом, дает исследователям гораздо больше информации для работы. Электрические и магнитные поля, например, изменяют способ рассеяния электронов. В 2016 году Мюллер и его коллеги ² показали, что они могут использовать данные, собранные с помощью EMPAD, для составления карты магнитного поля в различных точках образца — подвиг, который трудно выполнить другими методами. Одна из тем, которую Мюллер с энтузиазмом изучает сейчас, — это скирмионы — завихрения магнетизма нанометрового масштаба, которые потенциально можно использовать для хранения данных.

Завихрения магнетизма, изображенные на пленке железо-германий; цвет и стрелки показывают направление поля. Предоставлено: Жень Чен и Дэвид Мюллер

Команда Мюллера не единственная, кто создал детекторы с большим динамическим диапазоном. Quantum Detectors в Оксфорде, Великобритания, является одной из трех компаний, которые создают детекторы для электронной микроскопии на основе Medipix, класса микросхем, разработанных в CERN, крупнейшей в Европе лаборатории физики элементарных частиц, недалеко от Женевы, Швейцария. «Я думаю, что они застали крупных производителей врасплох», — говорит Дэмиен Макгроутер, микроскопист из Университета Глазго, Великобритания, который работает с компанией. Тем временем Мюллер передал лицензию на свою технологию Thermo Fisher Scientific — крупной компании по производству исследовательских материалов со штаб-квартирой в Уолтеме, штат Массачусетс.

Тонкое изображение

Прямые детекторы электронов также позволяют уменьшить количество электронов в пучке и поэтому используются для освещения ряда чувствительных к излучению материалов. К ним относятся, например, металлоорганические каркасы (MOF), пористые кристаллические материалы, которые исследователи изучают для многих целей, таких как извлечение влаги из воздуха пустыни и отделение природного газа от других углеводородов. Эти мишени могут быть даже более чувствительными к дозе электронов, чем белки, говорит Минг Пан, физик, работающий в сфере развития бизнеса в Gatan, компании, занимающейся электронной микроскопией, в Плезантоне, Калифорния. В 2017 году он был частью группы, которая получила изображение MOF с атомарным разрешением с помощью одного из детекторов Gatan на TEM 9.0081 3 .

Чувствительность и скорость детекторов прямых электронов, которые могут превышать 1000 кадров в секунду, также привлекли внимание исследователей, работающих над движущейся электронной микроскопией за пределами статических структур. Благодаря технологиям микрообработки теперь можно изготавливать держатели образцов, которые могут делать больше, чем просто сидеть в высоком вакууме электронного микроскопа. Исследователи могут контролировать температуру, применять растяжение и сжатие, подвергать образцы воздействию газов и даже изолировать жидкие растворы, чтобы увидеть, как материалы изменяются в фазе, структуре или химическом составе.

Многие из этих идей не новы, говорит Фрэнсис Росс, материаловед из Массачусетского технологического института в Кембридже. Просматривая старые бумаги, она обнаружила дискуссии 1940-х годов о том, как смотреть на воду между двумя тонкими окнами. «Идеи были там, — говорит она. «Но у них не было материалов, технологий изготовления, чтобы реализовать это на практике».

Россу широко приписывают перемещение жидких клеток в практическую сферу. Будучи исследователем в IBM в начале 2000-х, она и ее коллеги создали держатель с панелью из нитрида кремния, которая была достаточно тонкой, чтобы позволить электронам проходить относительно беспрепятственно.0081 4 . С тех пор исследователи исследовали другие материалы для использования в жидких элементах, такие как графен ⁵ .

В лаборатории Лоуренса в Беркли Чжэн возглавляет многомиллионную программу Министерства энергетики США, направленную на дальнейшее развитие метода. Она и другие натренировали вариант детектора, предназначенного для крио-ЭМ, на жидких образцах. Среди других целей их интересует поверхность раздела между электродами батареи и электролитами — важнейшая область, в которой такие проблемы, как образование металлических нитей, называемых дендритами, могут сократить срок службы батареи и даже привести к ее взрыву. По ее словам, такие исследования могут помочь в разработке способов повышения производительности и исследовании новых составов батарей. Когда исследователи хотят протестировать материалы, они часто создают небольшие батареи, называемые «таблетками», чтобы посмотреть, как работает ансамбль. Но, по словам Чжэн, эта камера «почти как черный ящик. Они не знают, что происходит внутри». По ее словам, с жидкими элементами у исследователей есть возможность увидеть наноразмерное поведение, которое в конечном итоге определяет производительность батарей, в том числе то, как растут дендриты.

Нанодендриты оксида железа, похожие на водоросли, растущие на мембране жидкой клетки в просвечивающем электронном микроскопе. Авторы и права: Мэтью Р. Хауилер, Вэнь-И Лян и Хаймэй Чжэн

Другие натренировали электронный микроскоп на более фундаментальных системах. В Технологическом университете Эйндховена в Нидерландах Нико Зоммердайк и его коллеги исследовали образование заполненных жидкостью структур, напоминающих пузырьки в клетках. В работе, которая еще не опубликована, исследователи изобразили двухсторонний полимер, который самособирается в жидкости, образуя искусственный пузырь. Вместе с командой под руководством Джима де Йорео из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории в Ричленде, штат Вашингтон, Соммердейк изучил, как полимер может связываться с кальцием, процесс, который может дать представление о том, как морские существа выращивают переливающийся материал, известный как перламутр или мать. -жемчужный. «Это не изобретение пенициллина, — говорит Зоммердейк, — но мы делаем шаги в фундаментальном понимании науки».

Исследования жидкостных клеток сопряжены с трудностями. Один из самых больших, говорит де Йорео, заключается в том, что электроны могут нанести ущерб, когда попадут в воду или органический растворитель, создав заряженные радикалы, которые могут разрушить образцы, изменить рН или создать восстановители, которые вызывают непреднамеренные реакции. Также трудно измерить такие величины, как pH и температура внутри микроскопа.

Но другие воодушевлены последними исследованиями о влиянии электронных лучей. Патриция Абеллан, материаловед из SuperSTEM, исследовательского центра и пользовательского центра передовой микроскопии в Дарсбери, Великобритания, говорит, что она видела «революцию в понимании взаимодействия электронного луча с веществом», особенно в жидких системах. Это изменение было вызвано в значительной степени сотрудничеством с исследователями, которые сосредоточены на изучении материалов, подвергшихся воздействию ядерного излучения. В последние несколько лет Абеллан и другие исследовали, как добавки могут контролировать рост частиц и изменять рН, и как другие растворители, кроме воды, такие как толуол, могут ограничивать воздействие электронных лучей на образцы в жидкости 9.0081 6 .

Улучшенные пучки

Достижения в области электронной микроскопии также связаны с улучшением самих электронных пучков. Устройства, называемые монохроматорами, позволили исследователям сузить диапазон энергий электронов, достигающих образца. Исследователи начинают использовать это более узкое распределение энергии вместе со спектрометрами и другими инструментами, чтобы выйти за рамки базовой структуры и состава материалов и отображать более сложные свойства с еще более точным разрешением. Одной из таких мишеней являются фононы — колебания в атомной решетке материалов. Картирование этих вибраций с атомарным разрешением «предоставит много информации о ключевых процессах, лежащих в основе большинства современных технологий», — говорит Абеллан, например, о том, как материалы проводят электричество и тепло.

Некоторые исследователи превращают способность электронного луча воздействовать на материалы в самостоятельный инструмент. Ранее в этом году физик Тома Суси из Венского университета и его коллеги использовали электронный пучок STEM для перемещения атома кремния с места на место внутри гексагональной графеновой решетки ⁷ . Подобные манипуляции годами проводились с материалами с более слабыми связями в атомно-силовых и сканирующих туннельных микроскопах, говорит Сьюзи, но в этих случаях результаты нестабильны. Если атомы не очень холодные, тепловая энергия стирает новые структуры. Электронные микроскопы способны работать с более высокой энергией. «Когда чем-то манипулируют, — говорит он, — оно действительно остается». Исследователи надеются, что эта способность может быть полезна для перемещения атомов внутри трехмерных структур, например, для создания небольших устройств для квантовых вычислений 9.0081 8 .

Примесь кремния перемещается внутри гексагональной решетки графена с помощью сфокусированного электронного луча сканирующего просвечивающего электронного микроскопа. Атомами можно было манипулировать со скоростью около четырех прыжков в минуту. Кредит: ссылка. ⁷ . СС ПО.

В Университете Антверпена в Бельгии Йохан Вербек пытается превратить электроны в более сложный зонд, пропуская их через пластины, которые могут изменять их фазу. Внедряя дополнительную информацию в электрон до того, как он пройдет через образец, исследователи могут узнать больше о свойствах образца. «Задача состоит в том, чтобы получить больше информации от одного и того же электрона», — говорит Вербек.

Соммердейк указывает на работу Найджела Браунинга из Ливерпульского университета, Великобритания, который изучает способы управления лучом STEM для минимизации повреждений. Вместо того, чтобы выполнять всестороннее сканирование, микроскоп может поразить подмножество точек в образце. Если все сделано правильно, такая разреженная выборка все равно может генерировать большое количество полезных данных. «Я думаю, что это красиво», — говорит Зоммердейк, добавляя, что это может быть особенно полезно при изучении жидкостей.

Мюллер смотрит на другие идеи; он хотел бы, например, посмотреть, можно ли расширить детальные исследования материалов от комнатной температуры до криогенных температур — перспектива, которая требует большей механической стабильности, чем в настоящее время способны электронные микроскопы. Но поле движется быстро, говорит он. «Я не думаю, что кто-то стоит на месте. Все думают о том, что вы хотите построить дальше».

С помощью электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов — ScienceDaily

Новости науки

от исследовательских организаций

2 С помощью электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов

Дата:: 18 июля 2016 г.
Источник:: Венский технологический университет
Резюме:: Ученые рассчитали, как можно заглянуть внутрь атома, чтобы увидеть отдельные электронные орбитали.
Поделиться:

ПОЛНАЯ ИСТОРИЯ

Электронный микроскоп не может просто сделать снимок, как камера мобильного телефона. Способность электронного микроскопа отображать структуру — и насколько успешным будет это изображение — зависит от того, насколько хорошо вы понимаете структуру. Часто необходимы сложные физические расчеты, чтобы в полной мере использовать потенциал электронной микроскопии. Международная исследовательская группа под руководством профессора TU Wien Питера Шаттшнайдера приступила к анализу возможностей, предлагаемых EFTEM, то есть просвечивающей электронной микроскопией с фильтрацией энергии. Команда численно продемонстрировала, что при определенных условиях можно получить четкие изображения орбиталей каждого отдельного электрона внутри атома. Таким образом, с помощью электронной микроскопии можно проникнуть на субатомный уровень — эксперименты в этой области уже запланированы. Исследование опубликовано в журнале Physics Journal 9.0005 Письма о физическом обзоре .

В поисках орбиты электрона

Мы часто представляем себе атомные электроны как маленькие сферы, вращающиеся вокруг ядра атома, как крошечные планеты вокруг солнца. Однако этот образ практически не отражается в реальности. Законы квантовой физики гласят, что положение электрона не может быть четко определено в любой момент времени. Электрон эффективно размазывается по области, близкой к ядру. Область, в которой может находиться электрон, называется орбиталью. Хотя форму этих орбиталей можно было рассчитать уже давно, попытки их изображения с помощью электронных микроскопов до сих пор не увенчались успехом.

«Мы подсчитали, как у нас может быть шанс визуализировать орбитали с помощью электронного микроскопа», — говорит Стефан Лёффлер из Университетского сервисного центра просвечивающей электронной микроскопии (USTEM) Технического университета Вены. «Графен, состоящий всего из одного слоя атомов углерода, является отличным кандидатом для этой задачи. Электронный луч может легко проходить через графен практически без упругого рассеяния. Изображение структуры графена можно создать с помощью эти электроны».

Исследователям уже давно известен принцип «просвечивающей электронной микроскопии с энергетическим фильтром» (EFTEM). EFTEM можно использовать для создания довольно специфических визуализаций определенных видов атомов, блокируя другие. По этой причине сегодня его часто используют для анализа химического состава микроскопических образцов. «Электроны, проходящие через образец, могут возбуждать атомы образца», — объясняет Штефан Лёффлер. «Это требует энергии, поэтому, когда электроны выходят из образца, они медленнее, чем когда они вошли в него. Это изменение скорости и энергии характерно для определенных возбуждений электронных орбиталей в образце».

После прохождения электронов через образец магнитное поле сортирует электроны по энергии. «Фильтр используется для блокировки электронов, которые не представляют интереса: записанное изображение содержит только те электроны, которые несут нужную информацию».

Дефекты могут быть полезны

Команда использовала моделирование, чтобы выяснить, как этот метод может помочь достичь поворотного момента в изучении электронных орбиталей. При этом они обнаружили кое-что, что действительно облегчило визуализацию отдельных орбиталей: «Симметрия графена должна быть нарушена», — говорит Стефан. «Если, например, в структуре графена есть дыра, атомы рядом с этой дырой имеют немного другую электронную структуру, что позволяет изобразить орбитали этих атомов. То же самое может произойти, если атом азота, а не атом углерода находится где-то в графене.При этом важно сосредоточиться на электронах, найденных в узком и точном энергетическом окне, минимизировать определенные аберрации электромагнитной линзы и, что не менее важно, использовать первоклассный электрон микроскоп». Однако все эти проблемы можно преодолеть, как показывают расчеты исследовательской группы.

Университет имени Гумбольдта в Берлине, Университет Ульма и Университет Макмастера в Канаде также работали вместе с Венским техническим университетом над исследованием в рамках совместного проекта FWF-DFG («На пути к орбитальному картографированию», I543-N20) и FWF Erwin- Проект Шредингера («EELS на интерфейсах», J3732-N27). Ульм в настоящее время разрабатывает новый высокопроизводительный электронный микроскоп, который будет использоваться для практической реализации этих идей в ближайшем будущем. Первые результаты уже превзошли ожидания.

изменить ситуацию: спонсорская возможность

Источник истории:

Материалы предоставлены Венским технологическим университетом . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Номер журнала :

Лоренцо Пардини, Стефан Лёффлер, Джулио Биддау, Ральф Хамбах, Уте Кайзер, Клаудия Драксл, Петер Шаттшнайдер. Картирование атомных орбиталей с помощью просвечивающего электронного микроскопа: изображения дефектного графена, предсказанные на основе теории первых принципов . Письма о физическом обзоре , 2016 г.; 117 (3) DOI: 10.1103/PhysRevLett.117.036801

Цитировать эту страницу :

MLA
АПА
Чикаго

Венский технологический университет. «Взгляд внутрь атома: с помощью электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов». ScienceDaily. ScienceDaily, 18 июля 2016 г. .

Венский технологический университет.

Фото одного атома победило в конкурсе научной фотографии, и вот как это стало возможно. Структура и принципы строения атома Электрон под микроскопом

Препятствия на пути исследователей

Методика работы

Подпись к фото:

Если вам всё-таки не удалось рассмотреть атом, то вот он

Ученые впервые увидели атом «вживую»

Буквы из ксеноновых пикселей

Живо по зондам, в погоню за связями

От фотографии к кинематографу

Синтез одной молекулы

От неживого — к живому

Препятствия на пути исследователей

Методика работы

Оптика не стареет

За дифракционным пределом

Электронный микроскоп до электронных приборов

Потрогать, а не рассмотреть

Позируют атомы

Микроскопы Микромед — описание, фото, характеристики

Каталог

Популярные микроскопы

Микроскоп Discovery Micro Polar с книгой

Микроскоп биологический Микромед С-12

Микроскоп Discovery Nano Gravity с книгой

Микроскоп Levenhuk Rainbow 2L Orange\Апельсин

Микроскоп Levenhuk Rainbow 2L PLUS Amethyst\Аметист

Микроскоп биологический Микромед С-12

Микроскоп школьный Эврика 40х-1280х в текстильном кейсе

Микроскоп биологический Микромед С-13

Микроскоп биологический Микромед С-1 (LED)

Микроскоп биологический Микромед Р-1 (LED)

Микроскоп биологический Микромед Р-1

Микроскоп биологический Микромед С-11

Микроскоп стерео Микромед МС-3-ZOOM LED

Микроскоп стерео Микромед МС-3-ZOOM LCD

Микроскоп стерео Микромед МС-2-ZOOM вар.

Микроскоп стерео Микромед МС-2-ZOOM вар.1CR

Микроскоп стерео Микромед МС-2-ZOOM вар.1A

Микроскоп стерео Микромед МС-2-ZOOM Jeweler

Микроскоп стерео Микромед МС-1 вар.2C (1х/2х)

Микроскоп стерео Микромед МС-1 вар.1C (1х/2х/4х) Led

Микроскоп Микромед стерео МС-5-ZOOM LED

Микроскоп Микромед ПОЛАР 3

Микроскоп Микромед ПОЛАР 2

Микроскоп Микромед ПОЛАР 1

Микроскоп Микромед МЕТ-3

Микроскоп Микромед МЕТ-2

Микроскоп Микромед МЕТ

Микроскоп Микромед И ЛЮМ

Микроскоп Микромед Атом 40 x-800x в кейсе

Микроскоп Микромед Атом 20 x в кейсе

Микроскоп Микромед Digital

Микроскоп Микромед 3 ЛЮМ LED

Микроскоп Микромед 3 ЛЮМ

Микроскоп биологический Микромед 3 (вар.

Микроскоп биологический Микромед 3 (вар. 2 LED М)

Ученые создали микроскоп с самым высоким разрешением

Революция в области микроскопии, захлестнувшая науку о материалах

Новые разрешения

Тонкое изображение

Улучшенные пучки

С помощью электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов — ScienceDaily

2

С помощью электронных микроскопов можно получить изображения отдельных атомов