Penyelidik Cornell membina alat pengesan berkuasa tinggi yang, dalam kombinasi dengan proses yang didorong oleh algoritma yang disebut ptychography, menetapkan rekod dunia dengan menggandakan resolusi mikroskop elektron canggih.
Seperti yang berjaya, pendekatan itu mempunyai kelemahan. Ia hanya berfungsi dengan sampel ultrathin yang tebalnya beberapa atom. Apa-apa yang lebih tebal akan menyebabkan elektron tersebar dengan cara yang tidak dapat dileraikan.
Kini sebuah pasukan, yang diketuai oleh David Muller, Profesor Kejuruteraan Samuel B. Eckert, telah berjaya mencatat rekodnya sendiri dengan faktor dua dengan pengesan array piksel mikroskop elektron (EMPAD) yang menggabungkan algoritma pembinaan semula 3D yang lebih canggih.
Resolusi ini diselaraskan dengan baik, satu-satunya kekaburan yang tersisa adalah getaran termal atom itu sendiri.
"Ini bukan hanya membuat rekod baru," kata Muller. "Ini telah mencapai rejim yang secara efektif akan menjadi batas akhir untuk penyelesaian. Kita pada dasarnya dapat mengetahui di mana atom berada dengan cara yang sangat mudah. Ini membuka banyak kemungkinan pengukuran baru untuk perkara-perkara yang ingin kami lakukan untuk waktu yang sangat lama. Ini juga dapat menyelesaikan masalah yang sudah lama berlaku - menguraikan banyak penyebaran balok dalam sampel, yang dibentangkan oleh Hans Bethe pada tahun 1928 - yang telah menghalangi kita untuk melakukan ini pada masa lalu. "
Ptychography berfungsi dengan mengimbas corak hamburan bertindih dari sampel bahan dan mencari perubahan di kawasan yang bertindih.
"Kami mengejar corak berbintik-bintik yang mirip dengan corak penunjuk laser yang sama-sama memikat kucing," kata Muller. "Dengan melihat bagaimana pola berubah, kita dapat menghitung bentuk objek yang menyebabkan pola itu."
Pengesan sedikit defocused, mengaburkan balok, untuk menangkap seluas mungkin data. Data ini kemudian direkonstruksi melalui algoritma kompleks, menghasilkan gambar ultra tepat dengan picometer (satu trilion meter).
"Dengan algoritma baru ini, kita sekarang dapat memperbaiki semua kekaburan mikroskop kita sehingga faktor kekaburan terbesar yang kita tinggalkan adalah hakikat bahawa atom itu sendiri bergoyang kerana itulah yang terjadi pada atom pada suhu terhingga, "Muller berkata. "Ketika kita berbicara tentang suhu, yang sebenarnya kita ukur adalah kecepatan rata-rata berapa banyak atom yang bergoyang."
Para penyelidik mungkin dapat mencatat rekod mereka sekali lagi dengan menggunakan bahan yang terdiri daripada atom yang lebih berat, yang kurang bergetar, atau dengan menyejukkan sampel. Tetapi walaupun pada suhu sifar, atom masih mempunyai turun naik kuantum, jadi peningkatannya tidak akan sangat besar.
Bentuk ptikografi elektron terbaru ini akan membolehkan para saintis mencari atom individu dalam ketiga dimensi tersebut apabila ia mungkin tersembunyi menggunakan kaedah pengimejan lain. Para penyelidik juga dapat mencari atom-atom pengotor dalam konfigurasi yang tidak biasa dan menggambarkannya dan getarannya, satu demi satu. Ini sangat berguna dalam pencitraan semikonduktor, pemangkin, dan bahan kuantum - termasuk yang digunakan dalam pengkomputeran kuantum - serta untuk menganalisis atom di sempadan di mana bahan bergabung bersama.
Kaedah pencitraan juga dapat diterapkan pada sel atau tisu biologi yang tebal, atau bahkan hubungan sinaps di otak — apa yang disebut oleh Muller sebagai "connectomics on demand."
Walaupun metode ini memakan masa dan menuntut komputasi, ia dapat dibuat lebih efisien dengan komputer yang lebih kuat bersamaan dengan pembelajaran mesin dan pengesan yang lebih pantas.
"Kami ingin menerapkannya pada semua yang kami lakukan," kata Muller, yang bersama-sama mengarahkan Institut Kavli di Cornell untuk Sains Nanoscale dan mempengerusikan bersama Pasukan Petugas Sains dan Mikrosistem Sistem Nano (NEXT Nano), sebahagian daripada inisiatif Kerjasama Radikal Cornell . “Sampai sekarang, kita semua memakai kacamata yang sangat buruk. Dan sekarang kita sebenarnya mempunyai pasangan yang sangat baik. Mengapa anda tidak mahu menanggalkan gelas lama, memakai yang baru, dan menggunakannya sepanjang masa? "