Содержание
Как «пощупать» атомы?
Большинство современных технологий в фармакологии, биомедицине, материаловедении и многих других областях требуют исследования объектов на наноуровне. В настоящее время электронные микроскопы достигают пределов своих возможностей, и на смену им приходят сканирующие зондовые микроскопы или СЗМ. Участник кластера ядерных технологий Фонда «Сколково», ООО «НТ-МТД», занимающий второе место в мире на рынке СЗМ, успешно интегрирует атомно-силовой микроскоп с другими методами исследования, обеспечивая условия для изучения биологических объектов, близкие к условиям живого организма.
Игла кантилевера атомно-силового микроскопа — Wikimedia Commons.
Людям всегда хотелось увидеть что-то недоступное глазу. Для этого они придумали оптические устройства – увеличительные стекла и микроскопы. Общий принцип их действия в том, что на интересующий нас объект падают лучи света, отражаются от него, проходят через увеличивающую линзу и попадают в глаз наблюдателя.
Казалось бы, создавая всё более сильные линзы, люди должны суметь увидеть всё более маленькие объекты: клетки в живых организмах, клеточные органы, крупные молекулы, отдельные атомы… Но, увы, уже примерно на уровне отдельных органов клетки оптическая микроскопия упирается в свой предел. Оказывается, что минимальный размер пятна, который можно получить, фокусируя излучение, ограничен из-за явления дифракции и равен половине длины волны этого излучения (так называемый дифракционный предел). Длина волны видимого света составляет от 380 до 740 нанометров, следовательно, объект размером, например, 200 нанометров мы разглядим уже с трудом.
На помощь пришли электронные микроскопы. На самом деле они не столь сильно отличаются от оптических, но в них на образец падает не поток фотонов, а поток электронов. Длина волны у электронов куда меньше, что позволяет исследовать более маленькие объекты. Пучок электронов фокусируется так называемыми магнитными линзами и направляется на образец.
Часть электронов от него отражается, часть проходит сквозь него. Значит поток электронов «на выходе» несет информацию о структуре образца. Этот поток попадает на детекторы и благодаря этому можно построить изображение. Тут, кстати, следует отметить, что цвета, которые мы видим на образцах электронной микроскопии – результат обработки данных. В действительности микроскоп получает только информацию о потоке электронов. Итак, электронные микроскопы сильно расширили наши познания о мире, но и они, в конце концов, достигают предела своих возможностей.
Наконец, следующий шаг – сканирующие зондовые микроскопы. Надо сразу сказать, что в основу их действия положен совершенно иной принцип по сравнению с оптическими и электронными микроскопами. Никакой оптики, никаких волн. Объединяют их только слово «микроскоп» в названии и предназначение – исследование объектов сверхмалого масштаба. При этом сканирующие зондовые микроскопы позволяют нам увидеть даже отдельные атомы. Впрочем, правильнее будет сказать не «увидеть», а «нащупать».
Этот глагол лучше описывает принцип работы зондового микроскопа.
«Сканирующие зондовые микроскопы бывают двух типов: сканирующие туннельные микроскопы (СТМ), использующие эффект туннельного тока между острием микроскопа и образцом (этот тип может быть использован только для проводящих образцов) и сканирующий атомно-силовой микроскоп (АСМ), который может применяться для любых образцов», — уточняет заместитель директора ООО «НТ-МДТ» Владимир Редченко.
АСМ использует силы, возникающие при взаимодействии между атомами (отсюда название типа зондовых микроскопов – атомно-силовые микроскопы, atomic-force microscope). Мы знаем со школы, что атомы и молекулы в целом электрически нейтральны. Ядро, несущее положительный заряд, окружают отрицательно заряженные электроны, в результате заряды нейтрализуют друг друга. Однако довольно давно ученые выяснили, что дело обстоит несколько сложнее. Так как электрический заряд не распределен в электронной оболочке атома или молекулы равномерно, возникает поляризация, когда у атома можно выделить положительный и отрицательный полюс.
Еще более сильная поляризация может возникнуть под действием на атом внешнего электрического поля. Естественно, одинаково заряженные полюса разных атомов отталкиваются друг от друга, а заряженные по-разному – притягиваются. Эти силы притяжения и отталкивания получили название Ван-дер-Ваальсовых сил, в честь нидерландского физика, открывшего это явление еще во второй половине XIX века.
Конечно же, межатомные взаимодействия проявляются только на очень небольших расстояниях. Физики приложили немало усилий для изучения этих взаимодействий и смогли установить свойственные им закономерности. Когда две частицы находятся друг от друга на расстоянии, достаточном для возникновения этого взаимодействия, начинается воздействие электрического поля одной частицы на другую. Из-за отталкивания одноименных зарядов частицы поляризуются так, что окажутся обращены друг к другу разными электрическими полюсами. Поэтому между частицами возникает притяжение.
Межмолекулярные взаимодействия.
А что будет, если частицы сблизятся еще сильнее? В какой-то момент их электронные оболочки пересекутся и, как и положено одноименным электрическим зарядам, начнут отталкиваться. При этом, чем меньше расстояние между частицами, тем сильнее будет сила этого отталкивания.
Силу притяжения и отталкивания между частицами отражает график. По оси X в нем обозначено расстояние между молекулами. По оси Y – так называемая потенциальная энергия взаимодействия. Представьте, что вы удерживаете руками на очень скользком столе два магнита. Если они повернуты друг к другу одинаковыми полюсами, они будут отталкиваться, если разными – притягиваться. Та сила, которую вы должны приложить, чтобы магниты остались на месте – это и есть аналог потенциальной энергии взаимодействия между частицами. На малых расстояниях эта энергия положительна – частицы отталкиваются, когда расстояние увеличивается, наступает момент, когда они начинают притягиваться (там, где график ныряет под ось Х).
Но если расстояние становится всё больше и больше, то сила притяжения постепенно убывает.
Вот и весь теоретический фундамент атомно-силовых микроскопов. Придумали, как использовать эти явления, Герд Бинниг (Gerd Karl Binnig), Кельвин Куайт (Calvin Quate) и Кристоф Гербер (Christoph Gerber) в 1986 году. В созданном ими микроскопе зонд (игла) перемещается над исследуемой поверхностью. На сверхмалых расстояниях между зондом и атомами исследуемого объекта возникают силы притяжения или отталкивания, природу которых мы обсудили.
Устройство, на котором закреплен зонд, называется кантилевер (cantilever). Его можно сравнить с доской, на которой стоит прыгун в воду. Только, конечно же, кантилевер значительно меньше. Доска на прыжковом трамплине, закрепленная с одного конца, может прогибаться (это использует прыгун, чтобы получить дополнительную энергию для прыжка). Кантилевер изгибается под влиянием сил, действующих на зонд. Если измерить степень изгиба кантилевера, можно определить силу взаимодействия зонда с поверхностью, а значит и рельеф поверхности.
Для регистрации этого изгиба есть разные методы. Например, используют лазерный луч, отражающийся от кантилевера и направленный на фотоэлемент. Когда кантилевер изгибается, точка попадания луча на фотоэлемент смещается, и это смещение можно отследить. Затем при помощи компьютерной обработки полученных данных строится модель поверхности, над которой проходил зонд.
Устройство атомно-силового микроскопа.
Получается, что атомно-силовой микроскоп не занимается фиксацией какого-либо излучения, отраженного от образца. Его зонд как бы ощупывает образец, подобно тому, как слепой человек своей тростью ощупывает неровности почвы. Только в данном случае «трость» обнаруживает неровности величиной в доли нанометра. Другой аналог – это игла звукоснимателя, использовавшаяся еще не так давно для воспроизведения музыки с виниловых пластинок. Но и в этом случае неровности звуковой дорожки, которые «чувствует» игла, значительно крупнее тех, для которых предназначен зондовый микроскоп.
Важнейшие части атомно-силового микроскопа – кантилевер и зонд. Кантилевер делается из кремния или же оксида или нитрида кремния. Его толщина составляет от 0,1 до 5 мкм, ширина – от 10 до 40 мкм, а длина – от 100 до 200 мкм. Расстояние между зондом и поверхностью исследуемого образца в зондовых микроскопах составляет обычно от 0,1 до 10 нм. Чтобы улучшить отражательные свойства кантилевера, на его верхнюю поверхность, куда будет направлен лазерный луч, наносят тонкий слой золота или алюминия. Для высокоточных перемещений кантилевера и зонда используются шаговые электродвигатели.
Чтобы такой микроскоп работал без искажений, его необходимо оберегать от внешних воздействий. Особую заботу конструкторов составляет защита от вибраций (причем источником значительной вибрации в данном случае может быть даже обычные звуковые волны). Другой вид помех – деформации частей микроскопа из-за повышения температуры во время его работы.
Рельеф поверхности стекла, полученный атомно-силовым микроскопом.
Создателям атомно-силовых микроскопов приходится решать много проблем, но основная их забота, главное действующее лицо микроскопа – зонд. Это игла с радиусом закругления всего несколько нанометров. Делаются зонты из кристалла кремния или же нитрида кремния. Иногда на зонд наносят сверхтонкие покрытия из золота, платины, хрома, вольфрама, молибдена, титана и других материалов.
Увы, зонды представляют собой расходный материал. Их свойства ухудшаются в процессе работы, поэтому зонд необходимо регулярно заменять. Также крайне важно качество этого ключевого элемента атомно-силового микроскопа, ведь от него зависит точность получаемых изображений.
Среди участников кластера ядерных технологий Фонда «Сколково» разработками в области атомно-силовой микроскопии заняты две компании: НТ-МДТ и «ТопСкан».
Группа компаний НТ-МДТ работает в этой области уже давно. Первая из группы этих компаний — ЗАО «НТ-МДТ» — была создана в 1990 году в Зеленограде. За время своего существования Группа компаний поставила отечественным и зарубежным заказчикам более 4000 приборов.
Сейчас это лидер отрасли в России (и занимает второе место в мире на рынке сканирующих зондовых микроскопов). Среди особенно интересных разработок НТ-МДТ есть системы, где атомно-силовой микроскоп интегрирован с другими методами исследования. Например, в системе «ИНТЕГРА Спектра» объединены атомно-силовой микроскоп, оптический конфокальный микроскоп и устройство для Рамановской спектроскопии (Рамановский спектрометр = спектрометр комбинационного рассеивания).
Новая модель для биоисследований, прибор «LIFE» объединяет зондовый микроскоп с оптическим дальнепольным микроскопом, это устройство предназначено для исследования объектов молекулярной и клеточной биологии в условиях, близких к условиям живого организма. Среди созданных НТ-МДТ микроскопов есть и НАНОЭДЮКАТОР – атомно-силовой микроскоп, предназначенный для обучения лабораторных работников.
«В нашей заявке в Сколково представлены четыре направления: создание зондового микроскопа для считывания результатов с биочипов, разработка приборов для нанолокальных измерений ИК-спектров, что также делается с помощью зондовой микроскопии, разработка программно-аппаратного обеспечения скоростных методов сканирующей зондовой микроскопии и разработка скоростных широкоформатных измерительных головок для атомной силовой микроскопии.
Кантилевер и зонд атомно-силового микроскопа.
Все эти разработки будут вестись в рамках фирмы ООО «НТ-МДТ», организованной для участия в проекте Сколково. Команды сформированы, они работают. Если мы получим какие-то гранты в Сколково (сейчас мы готовим заявки на гранты и соглашение о партнерстве), переедем туда, то мы там и развернемся», — рассказал Владимир Редченко.
Вице-президент, Исполнительный директор Кластера ядерных технологий Фонда «Сколково» Игорь Караваев прокомментировал сотрудничество с НТ-МДТ и поделился перспективными разработками в области микроскопии:
«Помимо того, что НТ-МДТ представлена в Кластере двумя проектными компаниями, развивающими различные направления применения компетенций по микроскопии, компания также рассматривает и другие варианты партнерства со «Сколково», вплоть до формирования отдельного R&D филиала на территории Инновационного центра.
Игорь Караваев.
Тематика аналитического оборудования и, в частности, оборудования для микроскопии представлена в Кластере ядерных технологий «Сколково» и другими проектами.
Например, компания «СНОТРА» разработала криотомограф для изучения замороженного биологического материала, в основе которого опять же сканирующий зондовый микроскоп. А компания «Медицинские нанотехнологии» разработала и предлагает к использованию другой тип микроскопа — сканирующий ион-проводящий и конфокальный. Этот микроскоп является идеальным инструментом исследователя, работающего с нейронами головного мозга и позволяет изучать реакции нейронов на новые лекарства».
«ТопСкан» – компания более молодая. Она была создана на базе Института кристаллографии РАН, ее деятельность сосредоточена на разработке ключевого элемента атомно-силовых микроскопов – зондов. Год назад проект компании «ТопСкан» – «Зонды нового поколения» – получил одобрение Грантового комитета Фонда «Сколково».
Перспективы развития атомно-силовой микроскопии велики. Она позволяет исследовать материалы на наноуровне, что необходимо для многих современных технологий. Зонд атомно-силового микроскопа может «ощупать» молекулы важных биологических веществ: ДНК, аминокислот, белков и так далее – это окажется полезным для современной фармакологии и других биомедицинских разработок.
Изучение процессов коррозии, исследование вирусов, создание полупроводниковых устройств, микросхем – для всего этого может послужить атомно-силовой микроскоп.
Источник: polit.ru
Ученым удалось увидеть вибрацию атомов с помощью мощного электронного микроскопа
В 2018 году исследователи из Корнельского университета построили мощный детектор, который в сочетании с управляемым алгоритмом процессом – птихографией (ptychography) – установил мировой рекорд, утроив разрешение современного электронного микроскопа. Но каким бы успешным ни был этот подход, у него был один недостаток – он работал только с ультратонкими образцами толщиной в несколько атомов (все, что было больше, заставило бы электроны рассеиваться таким образом, что их невозможно было бы распутать). Теперь та же команда исследователей установила новый рекорд с помощью нового мощного детектора пиксельной матрицы электронного микроскопа (EMPAD), который включает в себя еще более сложные алгоритмы 3D-реконструкции.
Авторы научной работы отмечают, что разрешение настолько тонко настроено, что единственное размытие, которое остается – это тепловое колебание самих атомов. Звучит сложно, не так ли? Предлагаем не бояться сложных терминов и пробуем разобраться, как новая форма электронной птихографии позволит ученым обнаруживать отдельные атомы в трех измерениях, а также к чему может привести их открытие.
Перед вами электронная птихографическая реконструкция кристалла ортоскандата празеодима (PrScO3), увеличенная в 100 миллионов раз.
Как увидеть невидимое?
Современная наука гласит, что атомы являются строительными блоками всего существующего. Но вряд ли такое объяснение устроит всех, ведь если атомы существуют, значит их можно увидеть. Но как? На первый взгляд может показаться, что существует простой способ доказать существование атомов: достаточно поместить их под микроскоп. Но такой подход не сработает. На самом деле, даже самые мощные микроскопы не могут визуализировать отдельные атомы.
Напомним, что увидеть тот или иной объект можно благодаря тому, как он отклоняет видимые световые волны. А вот атомы остаются для нас невидимыми, при этом они оказывают заметное влияние на некоторые вещи. Так, сотни лет назад, в 1785 году, голландский ученый Ян Ингенхуз изучал странное явление, в котором он не мог до конца разобраться: мельчайшие частицы угольной пыли метались по поверхности спирта в его лаборатории.
Это интересно: Почему ученые озабочены проблемой атома?
Примерно 50 лет спустя, в 1827 году, шотландский ботаник Роберт Браун описал нечто похожее, когда направил микроскоп на пыльцевые зерна. Браун заметил, что некоторые зерна выделяют крошечные частицы, которые затем удаляются от пыльцевого зерна в случайном дрожащем танце. Сначала ученый задался вопросом, действительно ли эти частицы были каким-то неизвестным организмом. Он повторил эксперимент с другими веществами, такими как каменная пыль, которая, как он знал, не была живой и снова увидел то же самое странное движение.
Специфический тип движения, который обнаружил Роберт Браун сегодня называется в его честь – броуновское движение. Термин подразумевает беспорядочное движение микроскопических видимых взвешенных частиц твердого вещества в жидкости или газе, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа.
Поиски объяснения продолжались до тех пор, пока Альберт Эйнштейн не предположил, что частицы пыльцевых зерен перемещались, потому что постоянно сталкивались с миллионами мельчайших молекул воды – молекул, состоящих из атомов. К 1908 году наблюдения, подкрепленные расчетами, подтвердили реальность атомов. А еще через десять лет, разделяя отдельные атомы, физики начали понимать внутреннюю структуру этих мельчайших частиц.
Электронные микроскопы
Сегодня увидеть изображения отдельных атомов можно с помощью мощных электронных микроскопов, которые генерируют электронные лучи. Это возможно потому, что электронный луч может иметь длину волны в тысячи раз короче светового луча – настолько короткую, что электронные волны могут быть отклонены крошечными атомами для создания изображения, а вот световые лучи сделать этого не могут.
Как отмечает в своей статье для BBC научный журналист Крис Бараньюк, такие изображения полезны для людей, которые хотят изучить атомную структуру специальных веществ – например, тех, которые используются для изготовления батарей для электромобилей.
Птихография (ptychography) – сканирующая техника получения изображений объектов, размеры которых значительно превышают поперечные размеры фокального пятна (электронов, рентгеновского излучения)
Как пишет Nature, ученые из Калифорнийского университета нашли способ создания потрясающе детальной 3D-реконструкции наночастиц платины в атомном масштабе.
Что же до исследования ученых из Корнельского университета, то с помощью новейшей формы электронной птихографии им удалось обнаружить отдельные атомы во всех трех измерениях. Такой способ, как объясняют авторы научной работы, может быть особенно полезен для визуализации полупроводников, катализаторов и квантовых материалов, в том числе используемых в квантовых вычислениях.
Примечательно, что новый метод визуализации также можно применять к биологическим клеткам, тканям и даже к синапсным соединениям в мозге. Но как он работает?
Смена парадигмы
Итак, команда инженеров Корнельского университета разработала новый метод электронной микроскопии, мощность которого позволяет им с легкостью установить местонахождение атомов. Метод, который, согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, опирается на электронный микроскоп в сочетании со сложными алгоритмами 3D-реконструкции установил новый рекорд в видении атомов.
Все, что мы видим вокруг себя, состоит из этих крошечных частиц.
Отмечу, что прошлые попытки представить и изучить отдельные атомы сводились к размытым изображениям. Но теперь ученые действительно могут наблюдать, как атомы дрожат и вибрируют — размытость движения на новых изображениях свидетельствует о точности полученных данных, а не о технической неисправности. В официальном пресс-релизе исследования авторы отмечают, что «вибрация» и «движение» атомов происходит при конечной температуре.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!
Хотя новый метод требует много времени и вычислительных затрат, его можно было бы сделать более эффективным с помощью более мощных компьютеров в сочетании с машинным обучением и более быстрыми детекторами. «Мы хотим применить это ко всему, что делаем», – пишут авторы исследования. Ну а мы с вами будем ждать результатов , параллельно желая физикам удачи.
АтомыНаука физикаНаучные исследования
Для отправки комментария вы должны или
Электронный микроскоп видит одиночные атомы водорода – Physics World
Атомы водорода и углерода на графене
Физики из США заявляют, что использовали просвечивающую электронную микроскопию (ПЭМ), чтобы увидеть одиночный атом водорода — впервые ПЭМ использовалась для изображения такого легкого атома. Прорыв был сделан путем поддержки атома на графене — листе углерода толщиной всего в один атом.
Команда также смогла наблюдать движение углеводородных цепей по поверхности графена, что позволяет предположить, что этот метод можно использовать для изучения динамики биологических молекул.
Нет ничего нового в использовании ПЭМ для наблюдения за отдельными атомами, но до сих пор такие приборы можно было использовать только для получения изображений тяжелых атомов. Одна из причин заключается в том, что ПЭМ создает изображение, направляя электронный луч на образец и измеряя, насколько он отклоняется интересующими атомами. Более легкие атомы отклоняют электроны меньше, чем более тяжелые атомы, а это означает, что на изображении видны только последние.
Еще одна проблема заключается в том, что образец в ПЭМ должен поддерживаться на подложке, достаточно прочной, чтобы ее не повреждал электронный луч, но достаточно тонкой, чтобы большинство электронов проходило через нее. В качестве подложек обычно выбирают тонкие металлические пленки или полупроводниковую фольгу, но они все же намного толще отдельных атомов и содержат атомы тяжелее углерода или водорода.
Поэтому рассеяние на подложке имеет тенденцию заглушать и без того слабый сигнал от более легких атомов.
Самый тонкий и самый прочный
Теперь, однако, Янник Мейер, Алекс Зеттл и их коллеги из Калифорнийского университета в Беркли решили эту проблему, используя графен, самый тонкий и самый прочный из известных материалов, в качестве подложки для ТЭМ ( Nature 454 319).
Эта идея пришла в голову команде при использовании ПЭМ для изучения дефектов в графене. Однако они также обнаружили, что могут идентифицировать отдельные атомы углерода и водорода, а также углеводородные цепи, загрязнившие поверхность графена.
Важнейшей особенностью метода является то, что атомы углерода в решетке графена невидимы для ПЭМ, даже несмотря на то, что этот метод позволяет четко увидеть один атом углерода на поверхности графена.
Углеродный лист обеспечивает однородный фон, который сам по себе не имеет структуры Янник Мейер, Калифорнийский университет
«Атомы углерода упакованы в регулярном порядке с расстоянием, которое не может быть разрешено в этом микроскопе», — объяснил Мейер, добавив, что «таким образом, углеродный лист обеспечивает однородный фон, который сам по себе не имеет структуры».
В дополнение к наблюдению за отдельными атомами, команда смогла наблюдать, как электронный луч создавал случайные отверстия в графеновой подложке. Они даже видели, как одна такая дыра ремонтировалась, поскольку графен поглощал атомы углерода из окружающей среды.
Динамическое поведение
Команда также смогла изучить динамическое поведение углеводородных цепей (предположительно алканов), которые прикрепились к графену. Эти молекулы получали энергию от электронного луча, поэтому исследователи могли наблюдать, как они перемещаются по поверхности.
Зеттл сообщил physicsworld.com , что команда особенно заинтересована в использовании этой техники для разработки функционализированных наноструктур — крошечных объектов, спроектированных для выполнения определенной функции. Часто это гибридные материалы — скажем, углеродные нанотрубки, украшенные биологически активными молекулами, — и Зеттл считает, что ПЭМ можно использовать для понимания процессов химического связывания или молекулярной динамики в реальном времени, которые заставляют такие материалы функционировать.
«Кроме того, мы расширяем наши исследования механических и электронных свойств самого графена, и ожидается, что эти методы ПЭМ будут очень полезны и для этого», — добавил Зеттл.
Команда также уверена, что другие будут использовать графеновые подложки в своих ТЕМ. «Вероятно, эти мембраны скоро будут использоваться в лабораториях ТЕМ по всему миру», — сказал Мейер.
Опасения по поводу загрязнения
Дебби Стоукс, электронный микроскоп из Кембриджского университета Великобритании, согласна с тем, что графен является хорошей подложкой для поддержки образца ПЭМ, поскольку он оказывает минимальное влияние на визуализацию покрывающего интересующего материала. «Один слой графена помогает повысить чувствительность изображения по сравнению с другими подложками», — сказала она. Стоукс предупредил, что загрязнение может быть проблемой, которой «печально известен углерод».
Что касается изучения атомов, Стоукс полагает, что этот метод будет иметь ограниченное применение, потому что его «трудно выполнять и он допускает неправильное толкование».
Видение между атомами | Министерство энергетики
Базовые энергетические науки
6 сентября 2018 г.
Проверка разрешения новой методологии визуализации. Два однослойных листа дисульфида молибдена были уложены друг на друга с перекосом решетки 6,8 градуса. В результате получается муаровый узор, состоящий из пар атомов, разделенных градиентом расстояний. Атомы, которые разделены таким небольшим расстоянием, как 0,4 ангстрема, видны как отдельные, что свидетельствует о разрешении изображения 0,4 ангстрема.
Наука
Он установил мировой рекорд Гиннеса. Микроскоп с самым высоким разрешением в мире. Он ясно показывает особенности размером всего 0,39 ангстрема. Для сравнения, большинство атомов имеют диаметр от 2 до 4 ангстрем. Раньше электронные микроскопы ограничивались электронными линзами в микроскопе. Теперь команда из Корнельского университета объединила метод реконструкции изображения с помощью сканирующего просвечивающего электронного микроскопа (STEM) с новым типом пиксельного электронного детектора, чтобы получить изображения с самым высоким разрешением, когда-либо виденным.
The Impact
Электронная микроскопия является основным инструментом, используемым для изучения многих типов материалов. Чем лучше разрешение изображения (наименьшие детали, которые можно отобразить), тем больше информации можно извлечь. До сих пор предел разрешения при энергиях, позволяющих безопасно отображать сверхтонкие образцы, составлял около ангстрема. Поскольку это также размер типичного атома, атомы выглядят на изображениях как нечеткие шары. Новый метод более чем в два раза лучше по разрешению и предлагает четкие атомарные детали. Этот метод обеспечивает четкий путь к получению изображений с еще более высоким разрешением.
Резюме
Для электронных микроскопов традиционными подходами к улучшению разрешения являются увеличение энергии электронного луча до точки, при которой образец начинает повреждаться, и добавление корректоров для улучшения качества линз. Существует предел тому, сколько исправлений могут сделать ученые, если все эти дополнительные элементы останутся на одной линии.
Теперь исследователи сообщают об изображении с самым большим увеличением, когда-либо полученном с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Они сгенерировали изображение, пропуская электроны через образец дисульфида молибдена для создания двумерных дифракционных картин, а затем используя компьютерные алгоритмы, заполненные данными косвенного рассеяния, для создания изображения. На изображении видны атомы молибдена и серы с разрешением 0,39.ангстремы. Исследователи считают, что этот метод может привести к получению сверхточных данных об атомах в тонких листах. Кроме того, это может привести к получению изображений связей между каждым отдельным атомом без разрушения образца.
Контактное лицо
Сол М. Грунер
Корнельский университет
[email protected]
Дэвид А. Мюллер
Корнельский университет
[email protected]
Финансирование было поддержано Корнельским университетом
900 Институт Кавли в Корнелле для наномасштабных исследований и Управление науки фундаментальных энергетических наук Министерства энергетики (DOE).