قام باحثو كورنيل ببناء كاشف عالي الطاقة والذي ، بالاقتران مع عملية تعتمد على الخوارزمية تسمى ptychography ، سجل رقماً قياسياً عالمياً من خلال مضاعفة دقة المجهر الإلكتروني المتطور ثلاث مرات.
وبقدر ما كان ناجحًا ، كان لهذا النهج نقطة ضعف. لقد عملت فقط مع عينات فائقة النحافة بسماكة بضع ذرات. أي شيء أكثر سمكًا من شأنه أن يتسبب في تشتت الإلكترونات بطرق لا يمكن فصلها.
الآن فريق ، بقيادة ديفيد مولر ، أستاذ الهندسة في Samuel B. Eckert ، قد تفوق على سجله الخاص بضعفين باستخدام كاشف مصفوفة البكسل بالمجهر الإلكتروني (EMPAD) الذي يشتمل على خوارزميات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد أكثر تطوراً.
تم ضبط الدقة بدقة ، والتشويش الوحيد المتبقي هو الاهتزاز الحراري للذرات نفسها.
قال مولر: "هذا لا يسجل رقمًا قياسيًا جديدًا فحسب". لقد وصل إلى نظام سيكون فعليًا حدًا نهائيًا للحل. يمكننا الآن بشكل أساسي معرفة مكان وجود الذرات بطريقة سهلة للغاية. هذا يفتح الكثير من إمكانيات القياس الجديدة للأشياء التي أردنا القيام بها لفترة طويلة جدًا. كما أنه يحل مشكلة طويلة الأمد - إلغاء التشتت المتعدد للحزمة في العينة ، والتي وضعها هانز بيته في عام 1928 - والتي منعتنا من القيام بذلك في الماضي. "
تعمل Ptychography عن طريق مسح أنماط التشتت المتداخلة من عينة مادة والبحث عن التغييرات في المنطقة المتداخلة.
قال مولر: "نحن نلاحق أنماط البقع التي تشبه إلى حد كبير أنماط مؤشر الليزر التي تفتن بها القطط بشكل متساوٍ". "من خلال رؤية كيفية تغير النمط ، يمكننا حساب شكل الكائن الذي تسبب في هذا النمط."
يتم إلغاء تركيز الكاشف قليلاً ، مما يؤدي إلى تشويش الشعاع ، من أجل التقاط أكبر نطاق ممكن من البيانات. يتم بعد ذلك إعادة بناء هذه البيانات عبر خوارزميات معقدة ، مما ينتج عنه صورة فائقة الدقة مع دقة البيكومتر (واحد تريليون من المتر).
"باستخدام هذه الخوارزميات الجديدة ، يمكننا الآن تصحيح كل ضبابية المجهر لدينا لدرجة أن أكبر عامل تمويه لدينا هو حقيقة أن الذرات نفسها تتذبذب لأن هذا ما يحدث للذرات عند درجة حرارة محدودة ، قال مولر. "عندما نتحدث عن درجة الحرارة ، فإن ما نقيسه في الواقع هو متوسط السرعة لمقدار اهتزاز الذرات."
يمكن للباحثين أن يتفوقوا على سجلهم مرة أخرى باستخدام مادة تتكون من ذرات أثقل تذبذب أقل ، أو عن طريق تبريد العينة. ولكن حتى عند درجة حرارة الصفر ، لا تزال الذرات تعاني من تقلبات كمومية ، وبالتالي لن يكون التحسن كبيرًا جدًا.
سيمكن هذا الشكل الأحدث من التصوير النمطي للإلكترون العلماء من تحديد موقع الذرات الفردية في جميع الأبعاد الثلاثة عندما يمكن إخفاؤها بطريقة أخرى باستخدام طرق التصوير الأخرى. سيتمكن الباحثون أيضًا من العثور على ذرات الشوائب في تكوينات غير عادية وتصويرها مع اهتزازاتها ، واحدة تلو الأخرى. قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في تصوير أشباه الموصلات والمحفزات والمواد الكمومية - بما في ذلك تلك المستخدمة في الحوسبة الكمومية - وكذلك لتحليل الذرات عند الحدود حيث يتم ربط المواد معًا.
يمكن أيضًا تطبيق طريقة التصوير على الخلايا أو الأنسجة البيولوجية السميكة ، أو حتى الوصلات المشبكية في الدماغ - وهو ما يشير إليه مولر باسم "الوصلات حسب الطلب".
في حين أن هذه الطريقة تستغرق وقتًا طويلاً وتتطلب حسابًا ، إلا أنه يمكن جعلها أكثر كفاءة باستخدام أجهزة كمبيوتر أكثر قوة بالتزامن مع آلة التعلم وأسرع أجهزة الكشف.
قال مولر ، الذي يشارك في إدارة معهد Kavli في Cornell for Nanoscale Science ويشترك في رئاسة فريق عمل علوم وهندسة النظم الدقيقة (NEXT Nano) ، وهو جزء من مبادرة Cornell's Radical Collaboration: "نريد تطبيق هذا على كل ما نقوم به". . "حتى الآن ، كنا جميعًا نرتدي نظارات سيئة حقًا. والآن لدينا بالفعل زوج جيد حقًا. لماذا لا تريد خلع النظارات القديمة ، وارتداء النظارات الجديدة ، واستخدامها طوال الوقت؟ "