חוקרי קורנל בנו גלאי בעל עוצמה גבוהה שבשילוב עם תהליך מונע אלגוריתם הנקרא פיטוגרפיה קבע שיא עולמי על ידי שילוש הרזולוציה של מיקרוסקופ אלקטרונים חדיש.
עד כמה שזה היה מוצלח, בגישה זו הייתה חולשה. זה עבד רק עם דגימות אולטרה-דקות שעוביהן כמה אטומים. כל דבר עבה יותר יביא לפיזור האלקטרונים בדרכים שלא ניתן היה לפרק אותן.
כעת צוות, שהובל שוב על ידי דייוויד מולר, פרופסור להנדסה של סמואל ב. אקרט, העניק שיא משלו על ידי גורם שניים עם גלאי מערך פיקסל של מיקרוסקופ אלקטרונים (EMPAD) המשלב אלגוריתמי שחזור תלת-ממדיים מתוחכמים עוד יותר.
הרזולוציה כל כך מכווננת, הטשטוש היחיד שנותר הוא הצחקוק התרמי של האטומים עצמם.
"זה לא רק קבע שיא חדש," אמר מולר. "זה הגיע למשטר שלמעשה יהווה גבול מוחלט לפתרון. אנו בעצם יכולים להבין היכן האטומים נמצאים בצורה מאוד קלה. זה פותח הרבה מאוד אפשרויות מדידה חדשות של דברים שרצינו לעשות במשך זמן רב מאוד. זה גם פותר בעיה ארוכת שנים - ביטול הפיזור המרובה של הקורה במדגם, שהציב הנס בת 'בשנת 1928 - שחסמה אותנו לעשות זאת בעבר. "
פיטוגרפיה פועלת על ידי סריקת דפוסי פיזור חופפים מדגימת חומר ומחפשים שינויים באזור החופף.
"אנו רודפים אחרי דפוסי כתמים שנראים דומים לדפוסי מצביע לייזר שחתולים מוקסמים מהם באותה מידה," אמר מולר. "כשרואים כיצד הדפוס משתנה, אנו מסוגלים לחשב את צורת האובייקט שגרם לתבנית."
הגלאי ממוקד מעט ומטשטש את הקורה כדי לתפוס את מגוון הנתונים הרחב ביותר האפשרי. נתונים אלה נבנים מחדש באמצעות אלגוריתמים מורכבים, וכתוצאה מכך דיוק מדויק במיוחד עם פיקומטר (טריליון מטר).
"בעזרת האלגוריתמים החדשים הללו, אנו יכולים כעת לתקן את כל טשטוש המיקרוסקופ שלנו עד כדי כך שגורם הטשטוש הגדול ביותר שנותר לנו הוא העובדה שהאטומים עצמם מתנדנדים מכיוון שזה מה שקורה לאטומים בטמפרטורה סופית, אמר מולר. "כשאנחנו מדברים על טמפרטורה, מה שאנחנו בעצם מודדים הוא המהירות הממוצעת של כמה האטומים מנערים."
ייתכן שהחוקרים יעלו שוב את השיא שלהם באמצעות חומר המורכב מאטומים כבדים יותר, שמנענעים פחות, או על ידי קירור הדגימה. אבל גם בטמפרטורה אפסית, לאטומים יש עדיין תנודות קוונטיות, ולכן השיפור לא יהיה גדול במיוחד.
צורה אחרונה זו של פיטוגרפיה אלקטרונית תאפשר למדענים לאתר אטומים בודדים בכל שלושת המימדים כאשר הם עשויים להסתתר אחרת בשיטות הדמיה אחרות. החוקרים יוכלו גם למצוא אטומי טומאה בתצורות יוצאות דופן ולדמיין אותם ואת הרטט שלהם, כל אחד. זה יכול להיות מועיל במיוחד בהדמיה של מוליכים למחצה, זרזים וחומרים קוונטיים - כולל אלה המשמשים במחשוב קוונטי - כמו גם לניתוח אטומים בגבולות שבהם מחברים חומרים.
ניתן ליישם את שיטת ההדמיה גם על תאים ביולוגיים או רקמות עבות, או אפילו על חיבורי הסינפסה במוח - מה שמולר מכנה "קונטומיקה לפי דרישה".
השיטה אמנם גוזלת זמן ותובענית מבחינה חישובית, אך ניתן לייעל אותה עם מחשבים חזקים יותר יחד עם למידת מכונה וגלאים מהירים יותר.
"אנחנו רוצים ליישם את זה על כל מה שאנחנו עושים", אמר מולר, המנהל יחד עם מכון Kavli בקורנל למדעי הננו, ויושב יחד עם צוות המשימות של הנדסת מדע ומיקרו מערכות (NEXT Nano), כחלק מיוזמת שיתוף הפעולה הקיצוני של קורנל, כחלק מיוזמת שיתוף הפעולה הרדיקלי של קורנל . "עד עכשיו כולנו מרכיבים משקפיים גרועות באמת. ועכשיו למעשה יש לנו זוג ממש טוב. למה שלא תרצה להוריד את המשקפיים הישנות, להרכיב את החדשות ולהשתמש בהן כל הזמן? "