Kamangha-manghang Mikroskopyo na Nakakakita ng Atoms sa Resolution ng Record

Ipinapakita ng imaheng ito ang pagbabagong-tatag ng electron piccographic ng isang praseodymium orthoscandate (PrScO3) na kristal sa 100 milyong zoom. Kredito: Cornell University

Noong 2018, ang mga mananaliksik ng Cornell ay nagtayo ng isang detektor na may mataas na lakas na nagtakda ng isang tala ng mundo sa pamamagitan ng triple ng resolusyon ng isang state-of-the-art electron microscope, kasama ang isang proseso na hinimok ng algorithm na tinatawag na ptychography.

Bagaman matagumpay, ang pamamaraang ito ay may isang kahinaan. Nagtrabaho siya kasama ang mga sample ng ultrathin na may ilang mga atomo lamang na makapal. Anumang mas makapal ay magiging sanhi ng pagkalat ng mga electron sa mga hindi malulutas na paraan.

Ang isang koponan, na pinamunuan din ngayon ni David Muller, Samuel B. Eckert Propesor ng Engineering, ay doble ang talaan nito gamit ang isang electron microscope pixel array detector (EMPAD) na nagsasama ng mas kumplikadong mga algorithm sa muling pagbubuo ng 3D.

Ang resolusyon ay napaka-tono na ang nag-iisa lamang na lumabo ay ang pang-init na kisap-mata ng mga atomo mismo.

Ang artikulong pangkat ng “Electron Ptychography Nakamit ang Mga Limitasyon sa Resolusyon sa Atomic na Itinakda ng Lattice Vibrations” ay na-publish noong Mayo 20 sa magazine sa Science. Ang nangungunang may-akda ng artikulo ay ang mananaliksik na postdoctoral na si Zhen Chen.

“Hindi lamang ito nagtakda ng isang bagong rekord,” sabi ni Muller. “Naabot na nito ang isang rehimen na magiging pangwakas na hangganan para sa isang solusyon. Napakadali nating makahanap kung nasaan ang mga atomo. Nagbubukas ito ng maraming mga bagong posibilidad sa pagsukat para sa mga bagay na nais naming gawin sa loob ng mahabang panahon. Nalulutas din nito ang isang matagal nang problema ng pag-aalis ng maramihang pamamahagi ng sinag sa halimbawa, na ipinahiwatig ni Hans Bethe noong 1928 na pumipigil sa amin na gawin ito sa nakaraan. “

Gumagana ang Ptychography sa pamamagitan ng pag-scan ng magkakapatong na mga pattern ng pagkalat mula sa isang materyal na sample at naghahanap ng mga pagbabago sa magkakapatong na rehiyon.

“Naghahabol kami ng mga pattern ng speckle na katulad sa mga modelo ng laser pointer na ang mga pusa ay pantay hinahangaan,” sabi ni Muller. “Sa pamamagitan ng pagtingin kung paano nagbabago ang pattern, maaari nating kalkulahin ang hugis ng bagay na sanhi ng pattern.”

Ang detektor ay bahagyang wala sa pagtuon at lumabo ng sinag upang makuha ang pinakamalawak na posibleng saklaw ng data. Ang data na ito pagkatapos ay muling pagtatayo gamit ang sopistikadong mga algorithm, na nagreresulta sa isang lubos na tumpak na imahe na may katumpakan ng picometer (isang trilyon ng isang metro).

“Sa mga bagong algorithm na ito, maaari na nating iwasto ang buong lumabo ng aming mikroskopyo sa puntong ang pinakamalaking kalat na kadahilanan na mayroon tayo ay nagiging sanhi ng pag-alog ng mga atomo, sapagkat iyan ang nangyayari sa mga atomo sa may limitadong temperatura,” sabi ni Muller. “Kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa temperatura, kung ano talaga ang sinusukat natin ay ang average na bilis kung saan ang mga atoms ay uma-oscillate.”

Sa pamamagitan ng paggamit ng isang materyal na gawa sa mas mabibigat na mga atomo na may mas kaunting pag-alog, o sa pamamagitan ng paglamig ng sample, maaaring itakda ng mga mananaliksik ang kanilang rekord sa itaas. Ngunit kahit na sa zero temperatura, ang mga atomo ay may mga pagbabagu-bago pang dami, kaya’t ang pagpapabuti ay hindi magiging masyadong malaki.

Ang pinakabagong anyo ng electron psychography ay magbibigay-daan sa mga siyentipiko na makahanap ng mga indibidwal na atomo sa lahat ng tatlong sukat na maaari nilang itago gamit ang iba pang mga pamamaraan ng imaging. Ang mga mananaliksik ay makakahanap din ng mga hindi maruming atom sa hindi pangkaraniwang mga pagsasaayos at tingnan ang mga ito at ang kanilang mga panginginig nang paisa-isa. Ito ay maaaring maging partikular na kapaki-pakinabang sa imaging semiconductors, catalista, at mga materyal na kabuuan – computing ng kabuuan – at para din sa pag-aaral ng mga atomo sa mga hangganan kung saan magtagpo ang mga materyales.

Ang pamamaraan ng imaging ay maaaring mailapat sa makapal na biological cells o tisyu, o kahit na mga koneksyon ng synaps sa utak – ang tinatawag ni Muller na “connectomics on demand”.

Habang ang pamamaraan ay ubos ng oras at computationally hinihingi, maaari itong gawing mas mahusay sa pag-aaral ng machine at mas mabilis na detektor na sinamahan ng mas malakas na mga computer.

“Gusto naming ilapat ito sa lahat ng aming ginagawa,” sabi ni Muller, na namumuno sa Kavli Institute para sa Nanoscale Science sa Cornell at mga co-chair ng Nano-Scale Science and Microsystem Engineering (NEXT Nano) Task Force, na bahagi ng Cornell’s Radical Inisyatiba ng pakikipagtulungan. . Hanggang ngayon, lahat kami ay nakasuot ng masamang baso. At ngayon mayroon kaming talagang mabuting mag-asawa. Bakit hindi mo nais na kumuha ng mga lumang baso at maglagay ng mga bago at gamitin ang mga ito sa lahat ng oras? “

Sanggunian: “Ang electron piccography ay umabot sa mga limitasyon sa resolusyon ng atomic na tinutukoy ng mga vibration ng sala-sala” nina Zhen hen, Yi Jiang, Yu-Tsun Shao, Megan E. Holtz, Michal Odstrcil, Manuel Guizar-Sicairos, Isabelle Hanke, Steffen Ganschow, Darrell G. Schlom, at David A. Mull, 21 Mayo 2021, Magagamit dito. Agham.
DOI: 10.1126 / science.abg2533

Kasama sa mga co-author si Darrell Schlom, Herbert Fisk Johnson Propesor ng Industrial Chemistry; Yi Jiang, Ph. Siyentipiko ng data ng Beamline sa ’18 at ngayon Argonne National Laboratory; mga mananaliksik sa postdoctoral na sina Yu-Tsun Shao at Megan Holtz, Ph.D. ’17; Ang mga mananaliksik mula sa Paul Scherrer Institute at Leibniz Institute para sa Crystal Growth.

Ang pananaliksik ay suportado ng National Science Foundation sa pamamagitan ng Accelerated Realization, Analysis and Discovery Platform (PARADIM) ng Cornell ng Mga Materyal ng Interface. Ang mga mananaliksik ay nakinabang din mula sa Cornell Materials Research Center, suportado ng NSF’s Center for Materials Research Science and Engineering program.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Ang Koponan sa Underwater Archeology ay Nakahanap ng 9,000-Taong-Taong Mga Bato ng Artifact

Kredito: Unibersidad ng Texas sa Arlington Ang pangkat ng arkeolohiya sa ilalim ng dagat ay natagpuan ang mga sinaunang obsidian na natuklap na 2,000 milya...

Nabawasan ang Panganib sa Kanser Kabilang sa Mga Pasyente sa Pagkabigo ng Puso na Gumagamit ng Statins

Ang paggamit ng Statin ay na-link sa isang pinababang panganib ng cancer sa mga pasyente na may kabiguan sa puso. Kredito: European Heart...

Tagumpay sa Teknolohiya ng Ultrathin para sa Revolution ng Night Vision – “Ginawa Namin ang Hindi Makikita”

Sinabi ni Dr. Rosso Camacho Morales na ang mga mananaliksik ay "hindi nakikita, nakikita." May-akda: Jamie Kidston, Australian National University Hayaan may ilaw! ...

Kapag Kakulangan sa Trabaho ng mga empleyado, Nakakuha sila ng Paranoid – At Aggressive

Kung ang mga empleyado ay walang kapangyarihan sa lugar ng trabaho, maaari silang makaramdam ng mahina at paranoid. Sa halip, ang paranoia na...

Ang kabuuang solar eclipses ay nag-iilaw sa solar wind

Pinapayagan ng mga espesyal na filter na masukat ang mga siyentipiko ng iba't ibang mga temperatura sa corona sa panahon ng pangkalahatang mga eclipse...

Newsletter

Subscribe to stay updated.