Peneliti Cornell membangun detektor bertenaga tinggi yang, dikombinasikan dengan proses berbasis algoritme yang disebut ptychography, mencetak rekor dunia dengan melipatgandakan resolusi mikroskop elektron mutakhir.
Meski berhasil, pendekatan itu memiliki kelemahan. Ini hanya bekerja dengan sampel sangat tipis yang tebalnya beberapa atom. Apa pun yang lebih tebal akan menyebabkan elektron menyebar dengan cara yang tidak dapat diuraikan.
Sekarang sebuah tim, lagi-lagi dipimpin oleh David Muller, Profesor Teknik Samuel B. Eckert, telah mengungguli rekornya sendiri dengan faktor dua dengan detektor larik piksel mikroskop elektron (EMPAD) yang menggabungkan algoritma rekonstruksi 3D yang lebih canggih.
Resolusi sangat baik, satu-satunya keburaman yang tersisa adalah guncangan termal dari atom itu sendiri.
“Ini tidak hanya mencetak rekor baru,” kata Muller. “Ini mencapai rezim yang secara efektif akan menjadi batas akhir untuk resolusi. Kita pada dasarnya sekarang dapat mengetahui di mana atom berada dengan cara yang sangat mudah. Ini membuka banyak kemungkinan pengukuran baru dari hal-hal yang ingin kita lakukan untuk waktu yang sangat lama. Ini juga memecahkan masalah yang sudah berlangsung lama — membatalkan beberapa hamburan berkas dalam sampel, yang ditetapkan Hans Bethe pada tahun 1928 — yang telah menghalangi kami melakukan hal ini di masa lalu. ”
Ptychography bekerja dengan memindai pola hamburan yang tumpang tindih dari sampel material dan mencari perubahan di wilayah yang tumpang tindih.
"Kami mengejar pola bintik yang sangat mirip dengan pola penunjuk laser yang membuat kucing sama-sama terpesona," kata Muller. "Dengan melihat bagaimana pola berubah, kami dapat menghitung bentuk objek yang menyebabkan pola tersebut."
Detektor sedikit tidak fokus, mengaburkan sinar, untuk menangkap data seluas mungkin. Data ini kemudian direkonstruksi melalui algoritme yang kompleks, menghasilkan gambar yang sangat presisi dengan presisi picometer (satu triliun meter).
“Dengan algoritme baru ini, kami sekarang dapat mengoreksi semua keburaman mikroskop kami sampai pada titik bahwa faktor keburaman terbesar yang tersisa adalah fakta bahwa atom itu sendiri goyah karena itulah yang terjadi pada atom pada suhu terbatas, Kata Muller. “Saat kita berbicara tentang suhu, yang sebenarnya kita ukur adalah kecepatan rata-rata dari seberapa banyak atom bergoyang.”
Para peneliti mungkin bisa memuncaki rekor mereka lagi dengan menggunakan bahan yang terdiri dari atom yang lebih berat, yang tidak terlalu goyah, atau dengan mendinginkan sampel. Tetapi bahkan pada suhu nol, atom masih memiliki fluktuasi kuantum, jadi peningkatannya tidak akan terlalu besar.
Bentuk ptychography elektron terbaru ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk menemukan atom individu di ketiga dimensi ketika mereka mungkin disembunyikan menggunakan metode pencitraan lain. Para peneliti juga akan dapat menemukan atom pengotor dalam konfigurasi yang tidak biasa dan menggambarkannya dan getarannya, satu per satu. Ini bisa sangat membantu dalam pencitraan semikonduktor, katalis, dan bahan kuantum — termasuk yang digunakan dalam komputasi kuantum — serta untuk menganalisis atom pada batas di mana bahan bergabung bersama.
Metode pencitraan juga dapat diterapkan pada sel atau jaringan biologis yang tebal, atau bahkan koneksi sinapsis di otak — yang oleh Muller disebut sebagai "koneksi sesuai permintaan".
Meskipun metode ini memakan waktu dan menuntut komputasi, metode ini dapat dibuat lebih efisien dengan komputer yang lebih bertenaga dalam hubungannya dengan Mesin belajar dan detektor yang lebih cepat.
“Kami ingin menerapkan ini pada semua yang kami lakukan,” kata Muller, yang ikut mengarahkan Kavli Institute di Cornell untuk Ilmu Skala Nano dan menjadi ketua bersama Satuan Tugas Ilmu Skala dan Sistem Mikro (NEXT Nano), bagian dari inisiatif Kolaborasi Radikal Cornell . “Sampai sekarang, kita semua memakai kacamata yang sangat jelek. Dan sekarang kami benar-benar memiliki pasangan yang sangat bagus. Mengapa Anda tidak ingin melepas kacamata lama, memakai yang baru, dan menggunakannya sepanjang waktu? ”