코넬 연구원들은 ptychography라는 알고리즘 기반 프로세스와 결합하여 최첨단 전자 현미경의 해상도를 XNUMX 배로 늘려 세계 기록을 세운 고출력 검출기를 구축했습니다.
성공했지만 그 접근 방식에는 약점이있었습니다. 원자 두께가 몇 개인 초박형 샘플에서만 작동했습니다. 더 두꺼운 것은 전자가 엉킬 수없는 방식으로 산란되도록합니다.
이제 Samuel B. Eckert 공학 교수 인 David Muller가 이끄는 팀은 훨씬 더 정교한 3D 재구성 알고리즘을 통합 한 전자 현미경 픽셀 어레이 검출기 (EMPAD)로 자체 기록을 XNUMX 배로 제치고 있습니다.
해상도는 매우 미세하게 조정되어 남아있는 유일한 흐림 현상은 원자 자체의 열 흔들림입니다.
"이것은 단지 새로운 기록을 세우는 것이 아닙니다."라고 Muller는 말했습니다. “해결의 궁극적 인 한계가 될 체제에 도달했습니다. 기본적으로 원자가 어디에 있는지 아주 쉽게 알아낼 수 있습니다. 이것은 우리가 오랫동안하고 싶었던 일들에 대해 완전히 새로운 측정 가능성을 열어줍니다. 또한 Hans Bethe가 1928 년에 설계 한 샘플에서 빔의 다중 산란을 취소하는 오랜 문제를 해결합니다.
Ptychography는 재료 샘플에서 겹치는 산란 패턴을 스캔하고 겹치는 영역의 변화를 찾는 방식으로 작동합니다.
"우리는 고양이가 똑같이 매료되는 레이저 포인터 패턴과 매우 유사한 얼룩 패턴을 쫓고 있습니다."라고 Muller는 말했습니다. "패턴이 어떻게 변하는 지 확인함으로써 패턴을 유발 한 물체의 모양을 계산할 수 있습니다."
검출기는 가능한 가장 광범위한 데이터를 캡처하기 위해 약간 디 포커스되어 빔을 흐리게합니다. 그런 다음이 데이터는 복잡한 알고리즘을 통해 재구성되어 피코 미터 (XNUMX 조분의 XNUMX 미터) 정밀도를 가진 초정밀 이미지를 생성합니다.
“이 새로운 알고리즘을 통해 우리는 현미경의 모든 흐릿함을 우리가 남긴 가장 큰 흐려짐 요인이 원자 자체가 흔들리고 있다는 점까지 교정 할 수 있습니다. 그게 유한 온도에서 원자에 일어나는 일이기 때문입니다. 뮬러가 말했다. “온도에 대해 이야기 할 때 실제로 측정하는 것은 원자가 흔들리는 평균 속도입니다.”
연구원들은 덜 흔들리는 더 무거운 원자로 구성된 물질을 사용하거나 샘플을 냉각시킴으로써 기록을 다시 올릴 수 있습니다. 그러나 영 (XNUMX) 온도에서도 원자는 여전히 양자 변동을 가지고 있으므로 개선은 그리 크지 않을 것입니다.
이 최신 형태의 전자 ptychography를 통해 과학자들은 다른 이미징 방법을 사용하여 숨겨져있을 때 XNUMX 차원 모두에서 개별 원자를 찾을 수 있습니다. 연구원들은 또한 특이한 구성의 불순물 원자를 찾아서 한 번에 하나씩 이들과 진동을 이미지화 할 수 있습니다. 이는 양자 컴퓨팅에 사용되는 것을 포함하여 반도체, 촉매 및 양자 물질을 이미징하고 물질이 결합 된 경계의 원자를 분석하는 데 특히 유용 할 수 있습니다.
이미징 방법은 두꺼운 생물학적 세포 나 조직, 또는 뇌의 시냅스 연결에도 적용될 수 있습니다. Muller가 "주문형 커 넥토 믹스"라고 부르는 것입니다.
이 방법은 시간과 계산이 많이 필요하지만 다음과 함께 사용하면 더 강력한 컴퓨터를 사용하여 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 기계 학습 그리고 더 빠른 감지기.
“우리는 이것을 우리가하는 모든 일에 적용하고 싶습니다.”라고 코넬의 급진적 협업 이니셔티브의 일부인 나노 스케일 과학 및 마이크로 시스템 엔지니어링 (NEXT Nano) 태스크 포스의 공동 의장이자 나노 스케일 과학을위한 코넬의 Kavli 연구소 공동 책임자 인 뮬러는 말했습니다. . “지금까지 우리는 모두 정말 나쁜 안경을 쓰고있었습니다. 그리고 이제 우리는 실제로 정말 좋은 쌍을 가지고 있습니다. 왜 오래된 안경을 벗고 새 안경을 쓰고 항상 사용하지 않겠습니까?”