นักวิจัยของ Cornell ได้สร้างเครื่องตรวจจับพลังสูงซึ่งร่วมกับกระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยอัลกอริทึมที่เรียกว่า ptychography สร้างสถิติโลกด้วยการเพิ่มความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ทันสมัยเป็นสามเท่า
เมื่อประสบความสำเร็จแนวทางนั้นก็มีจุดอ่อน มันใช้ได้เฉพาะกับตัวอย่างบางพิเศษที่มีความหนาเพียงไม่กี่อะตอมเท่านั้น อะไรก็ตามที่หนาขึ้นจะทำให้อิเล็กตรอนกระจัดกระจายไปในลักษณะที่ไม่สามารถแยกออกได้
ตอนนี้ทีมที่นำโดย David Muller ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรม Samuel B.
ความละเอียดนั้นได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียด การเบลอเพียงอย่างเดียวที่หลงเหลืออยู่ก็คือการกระตุกด้วยความร้อนของอะตอมเอง
“นี่ไม่ใช่แค่สร้างสถิติใหม่” มุลเลอร์กล่าว “ มันมาถึงระบอบการปกครองที่มีประสิทธิภาพจะเป็นขีด จำกัด สูงสุดสำหรับการแก้ไข โดยพื้นฐานแล้วเราสามารถทราบได้ว่าอะตอมอยู่ที่ไหนด้วยวิธีที่ง่ายมาก นี่เป็นการเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการวัดสิ่งที่เราต้องการทำมาเป็นเวลานาน นอกจากนี้ยังช่วยแก้ปัญหาที่มีมายาวนาน - การยกเลิกการกระจายลำแสงหลายจุดในตัวอย่างซึ่งฮันส์เบ ธ วางไว้ในปี 1928 ซึ่งทำให้เราไม่สามารถทำสิ่งนี้ได้ในอดีต”
Ptychography ทำงานโดยการสแกนรูปแบบการกระจายที่ทับซ้อนกันจากตัวอย่างวัสดุและค้นหาการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่ที่ทับซ้อนกัน
“ เรากำลังไล่ตามรูปแบบจุดที่ดูเหมือนรูปแบบตัวชี้เลเซอร์ที่แมวหลงใหลไม่แพ้กัน” มุลเลอร์กล่าว “ เมื่อเห็นว่ารูปแบบเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเราจึงสามารถคำนวณรูปร่างของวัตถุที่ทำให้เกิดรูปแบบได้”
เครื่องตรวจจับเบลอเล็กน้อยทำให้ลำแสงเบลอเพื่อที่จะจับภาพช่วงข้อมูลที่กว้างที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ จากนั้นข้อมูลนี้จะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยใช้อัลกอริทึมที่ซับซ้อนส่งผลให้ได้ภาพที่มีความแม่นยำเป็นพิเศษด้วยความแม่นยำของพิโคมิเตอร์ (หนึ่งในล้านล้านของเมตร)
“ ด้วยอัลกอริทึมใหม่เหล่านี้เราสามารถแก้ไขการเบลอของกล้องจุลทรรศน์ทั้งหมดจนถึงจุดที่ปัจจัยการเบลอที่ใหญ่ที่สุดที่เราทิ้งไว้คือความจริงที่ว่าอะตอมนั้นสั่นคลอนเพราะนั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นกับอะตอมที่อุณหภูมิ จำกัด ” มุลเลอร์กล่าว “เมื่อเราพูดถึงอุณหภูมิ สิ่งที่เราวัดจริง ๆ คือความเร็วเฉลี่ยของอะตอมที่กระตุก”
นักวิจัยสามารถทำสถิติสูงสุดได้อีกครั้งโดยใช้วัสดุที่ประกอบด้วยอะตอมที่หนักกว่า ซึ่งส่ายน้อยลง หรือโดยการทำให้ตัวอย่างเย็นลง แต่ถึงแม้จะอยู่ที่อุณหภูมิศูนย์ แต่อะตอมก็ยังคงมีความผันผวนของควอนตัมดังนั้นการปรับปรุงจะไม่ใหญ่มาก
รูปแบบล่าสุดของอิเล็กตรอน ptychography นี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุอะตอมแต่ละตัวในสามมิติได้ เมื่อพวกมันอาจถูกซ่อนไว้โดยใช้วิธีการถ่ายภาพแบบอื่น นักวิจัยยังสามารถค้นหาอะตอมของสิ่งเจือปนในรูปแบบที่ผิดปกติและนึกภาพอะตอมและการสั่นของอะตอมได้ทีละตัว สิ่งนี้อาจเป็นประโยชน์อย่างยิ่งในการสร้างภาพเซมิคอนดักเตอร์ตัวเร่งปฏิกิริยาและวัสดุควอนตัมซึ่งรวมถึงวัสดุที่ใช้ในการคำนวณควอนตัมรวมถึงการวิเคราะห์อะตอมในขอบเขตที่วัสดุถูกรวมเข้าด้วยกัน
วิธีการถ่ายภาพยังสามารถนำไปใช้กับเซลล์หรือเนื้อเยื่อชีวภาพที่หนาหรือแม้แต่การเชื่อมต่อไซแนปส์ในสมองสิ่งที่มุลเลอร์เรียกว่า "การเชื่อมต่อตามความต้องการ"
แม้ว่าวิธีการนี้จะใช้เวลานานและต้องใช้การประมวลผลสูง แต่ก็สามารถทำให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังยิ่งขึ้นร่วมกับ เรียนรู้เครื่อง และเครื่องตรวจจับที่เร็วขึ้น
“ เราต้องการนำสิ่งนี้ไปใช้กับทุกสิ่งที่เราทำ” มุลเลอร์ผู้ร่วมอำนวยการสถาบัน Kavli ที่ Cornell for Nanoscale Science และเป็นประธานร่วมในหน่วยงานวิทยาศาสตร์นาโนและวิศวกรรมไมโครซิสเต็มส์ (NEXT Nano) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Radical Collaboration ของ Cornell กล่าว . “ จนถึงตอนนี้เราทุกคนใส่แว่นที่แย่มาก ๆ และตอนนี้เรามีคู่ที่ดีจริงๆ ทำไมคุณถึงไม่อยากถอดแว่นอันเก่าออกใส่อันใหม่และใช้มันตลอดเวลา”