Cornell araştırmacıları, fitografi adı verilen algoritmaya dayalı bir süreçle birlikte, son teknoloji ürünü bir elektron mikroskobunun çözünürlüğünü üç katına çıkararak bir dünya rekoru kıran, yüksek güçlü bir dedektör üretti.
Her ne kadar başarılı olsa da bu yaklaşımın bir zayıflığı vardı. Yalnızca birkaç atom kalınlığındaki ultra ince numunelerle çalıştı. Daha kalın herhangi bir şey elektronların çözülemeyecek şekilde dağılmasına neden olur.
Şimdi, yine Samuel B. Eckert Mühendislik Profesörü David Muller liderliğindeki bir ekip, daha da karmaşık 3 boyutlu yeniden yapılandırma algoritmaları içeren bir elektron mikroskobu piksel dizisi dedektörü (EMPAD) ile kendi rekorunu iki kat geride bıraktı.
Çözünürlük o kadar ince ayarlanmıştır ki, geriye kalan tek bulanıklık atomların kendilerinin termal sallantısıdır.
Muller, "Bu sadece yeni bir rekor kırmıyor" dedi. “Çözüm için fiilen nihai sınır olacak bir rejime ulaşıldı. Temel olarak artık atomların nerede olduğunu çok kolay bir şekilde anlayabiliyoruz. Bu, çok uzun zamandır yapmak istediğimiz şeylerin birçok yeni ölçüm olanağının önünü açıyor. Aynı zamanda, Hans Bethe'nin 1928'de ortaya koyduğu ve geçmişte bunu yapmamızı engelleyen, uzun zamandır devam eden bir sorunu da çözüyor: ışının numunedeki çoklu saçılımını ortadan kaldırıyor."
Tipografi, bir malzeme örneğinden örtüşen saçılma modellerini tarayarak ve örtüşen bölgedeki değişiklikleri arayarak çalışır.
Muller, "Kedilerin aynı derecede hayran olduğu lazer işaretleyici desenlerine çok benzeyen benekli desenlerin peşindeyiz" dedi. "Desenin nasıl değiştiğini görerek, desene neden olan nesnenin şeklini hesaplayabiliyoruz."
Mümkün olan en geniş veri aralığını yakalamak için dedektörün odağı hafifçe bulanıklaştırılarak ışını bulanıklaştırır. Bu veriler daha sonra karmaşık algoritmalar yoluyla yeniden yapılandırılır ve sonuçta pikometre (metrenin trilyonda biri) hassasiyetine sahip ultra hassas bir görüntü elde edilir.
"Bu yeni algoritmalarla, artık mikroskobumuzun tüm bulanıklığını, elimizde kalan en büyük bulanıklık faktörünün atomların kendilerinin yalpalaması olduğu noktaya kadar düzeltebiliyoruz çünkü sonlu sıcaklıkta atomların başına gelen şey budur, " dedi Müller. "Sıcaklıktan bahsettiğimizde aslında ölçtüğümüz şey atomların ne kadar titreştiğinin ortalama hızıdır."
Araştırmacılar muhtemelen daha az sallanan daha ağır atomlardan oluşan bir malzeme kullanarak veya numuneyi soğutarak rekorlarını yeniden kırabilirler. Ancak sıfır sıcaklıkta bile atomlarda hâlâ kuantum dalgalanmaları var, dolayısıyla iyileşme çok büyük olmayacak.
Elektron tipografisinin bu en son biçimi, bilim adamlarının, başka görüntüleme yöntemleri kullanılarak gizlenebilecekleri halde, her üç boyutta da tek tek atomları bulmalarını sağlayacak. Araştırmacılar ayrıca alışılmadık konfigürasyonlardaki safsızlık atomlarını bulabilecek ve bunları ve titreşimlerini birer birer görüntüleyebilecekler. Bu, özellikle yarı iletkenlerin, katalizörlerin ve kuantum hesaplamalarda kullanılanlar da dahil olmak üzere kuantum malzemelerinin görüntülenmesinde ve ayrıca malzemelerin bir araya getirildiği sınırlardaki atomların analiz edilmesinde yararlı olabilir.
Görüntüleme yöntemi ayrıca kalın biyolojik hücrelere veya dokulara, hatta beyindeki sinaps bağlantılarına da uygulanabilir; Muller buna "talep üzerine konnektomik" adını verir.
Yöntem zaman alıcı ve hesaplama açısından zorlu olsa da, daha güçlü bilgisayarlarla birlikte daha verimli hale getirilebilir. makine öğrenme ve daha hızlı dedektörler.
Cornell'deki Kavli Enstitüsü'nün Nanoölçek Bilimi eşbaşkanlığını yapan ve Cornell'in Radikal İşbirliği girişiminin bir parçası olan Nanoölçek Bilim ve Mikrosistem Mühendisliği (NEXT Nano) Görev Gücü'nün eşbaşkanlığını yapan Muller, "Bunu yaptığımız her şeye uygulamak istiyoruz" dedi. . “Şimdiye kadar hepimiz çok kötü gözlükler takıyorduk. Ve şimdi gerçekten çok iyi bir çiftimiz var. Neden eski gözlüklerinizi çıkarıp yenilerini takıp sürekli kullanmak istemezsiniz?”