Průlom v zobrazování zvýrazňuje atomy v dosud nejvyšším rozlišení

Vědci z Cornell University pořídili nejčistší snímky atomů, jaké kdy byly pořízeny. S pomocí nových algoritmů pro redukci šumu mají snímky tak vysoké rozlišení, že podle týmu téměř dosahují maximální možné hranice.

Snímky byly pořízeny atomy v praseodymovém ortoskandátovém (PrScO3) krystalu, zvětšeném 100 milionkrát. Atomy lze jasně vidět jako jasné tečky obklopené červenými „mraky“, které se podle výzkumníků rozmazávají, což je způsobeno chvěním samotných atomů.

Bezprecedentní jasnost pochází z kombinace věcí. První je obecná technika, známá jako elektronová ptychografie, která funguje tak, že skenuje vzory, jak se elektrony rozptylují od cílového materiálu. Provádí se několik různých skenů s oblastmi, které se mezi jednotlivými skeny překrývají, a přístroj se soustředí na změny v těchto překrývajících se oblastech mezi skeny. To jim umožňuje lépe určit tvar objektu, který vytvořil vzor.

Samotný detektor – známý jako detektor pixelového pole elektronového mikroskopu (EMPAD) – využívá rozmazaný paprsek k zachycení širšího rozsahu dat. Poté je toto rozmazání opraveno pomocí řady algoritmů, které rekonstruují data a nakonec vytvoří obraz s rozlišením na stupnici pikometrů nebo jedné tisíciny nanometru.

„S těmito novými algoritmy jsme nyní schopni opravit veškeré rozmazání našeho mikroskopu do té míry, že největším faktorem rozmazání, který nám zbývá, je skutečnost, že samotné atomy se chvějí, protože to se děje s atomy při konečné teplotě.“ “ říká David Muller, hlavní autor studie. „Když mluvíme o teplotě, ve skutečnosti měříme průměrnou rychlost, jak moc se atomy chvějí.“

Ve skutečnosti tým říká, že obrázky se blíží fyzikálním limitům pro nejvyšší možná rozlišení v tomto měřítku. To znamená, že existuje několik věcí, které lze udělat pro snížení rozostření chvění – použijte těžší atomy, které se chvějí méně, nebo ochlaďte vzorky směrem k absolutní nule, kde se tento pohyb zastaví. Ale i tak by kvantové fluktuace stále způsobovaly určité rozmazání.

Výzkumníci říkají, že průlom by mohl být použit pro bližší pohled na komponenty kvantových počítačů nebo bioimaging.

Studie byla publikována v časopise Věda.

Zdroj: Cornell University