Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении — Naked Science
8 минут
Василий Парфенов

Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении

3.7

Международная команда ученых усовершенствовала метод птихографии, что позволило подобраться к физическим ограничениям его разрешающей способности. В полученной ими картинке видны отдельные атомы, а немногие искажения вызваны их тепловыми колебаниями.

Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении
Отдельные атомы в кристаллической решетке PrScO3, имеющей структуру перовскита / ©Cornell University

Достигшая пределов разрешающей способности современных методов измерения группа ученых работала под руководством Дэвида Мюллера (David A. Muller). Именно этот профессор инженерных наук из Корнелльского университета (США) поставил предыдущий рекорд в данной области три года назад. Статья с описанием работы американских, швейцарских и немецких физиков размещена в журнале Science Американской ассоциации содействия развитию науки (AAAS). Поскольку публикация закрытая, потрясающие изображения, большая часть которых, к сожалению, понятна только профессионалам, можно посмотреть в препринте научной работы на портале arXiv.

Птихография позволяет различать отдельные атомы четче, чем любые другие способы, включая атомно-силовые и сканирующие туннельные микроскопы. Что самое главное, этот метод «заглядывает» внутрь структуры исследуемого вещества, а не просто сканирует его поверхность. Упрощенно принцип птихографии можно описать следующим образом. На образец направляется слегка расфокусированный пучок электронов или рентгеновского излучения. Позади облучаемого объекта находится приемник, на котором формируется интерферометрическая картина из электронов или фотонов.

Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении
Иллюстрация принципа многослойной птихографии. A — схема установки; B — пучок электронов (пунктирный прямоугольник показывает расположение образца); C — волновые функции отсканированных слоев (по 5 нанометров на слой); D — совмещенные картины нескольких слоев (верхний ряд) и одиночное (нижний ряд) результирующие изображения в зависимости от толщины образца (кружком выделены атомы празеодима, треугольником — скандия, квадратом — кислорода); E — фазы атомов на их местах в кристаллической решетке в зависимости от толщины образца / ©DOI: 10.1126/science.abg2533

Анализируя полученный сигнал компьютер восстанавливает положение отклонивших фотоны или электроны атомов. Несмотря на все усовершенствования, у метода еще есть некоторые существенные ограничения. Например, толщина исследуемого образца пока не превышает нескольких десятков нанометров. Чем она больше, тем мощнее необходим компьютер для анализа сигналов и восстановления картинки, а также тем сильнее шум и искажения на ней. Однако команда Мюллера не унывает и уже предполагает несколько способов дальнейшего улучшения технологии.

Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении
Для сравнения команда Мюллера «сфотографировала» изучаемый образец другими средствами. Например, на фото — результат изучения кристалла PrScO3 при помощи просвечивающего растрового электронного микроскопа (STEM) в разных режимах работы (A, B) и после преобразования сигналов на компьютере (C). Масштабная линейка равна половине нанометра / ©DOI: 10.1126/science.abg2533

В своем последнем эксперименте, где они подобрались к теоретическому лимиту птихографии, физики использовали пучок электронов, направленный под разными углами на тонкий кристалл PrScO3. На результирующих изображениях, которые получили ученые, отчетливо видна трехмерная структура перовскита, состоящего из атомов празеодима, скандия и кислорода. Для сравнения в работе приводится несколько наглядных примеров аналогичных исследований другими методами визуализации.

Как отмечает Мюллер, работа его коллег похожа на покупку новых очков после того, как ты всегда ходил с очень слабыми линзами. Ученым теперь не терпится использовать улучшенную птихографию на самых разных объектах — от полупроводниковых кристаллов (для поиска изъянов в них) до живых нейронов (для изучения протекающих в нервной ткани субмолекулярных процессов). Помимо расширения списка образцов, которые физики собираются поместить под новый «микроскоп», они думают и над расширением возможностей метода.

В первую очередь есть очевидный способ повысить разрешающую способность — взять образец из как можно более тяжелых атомов и охладить его до температуры близкой к абсолютному нулю. Но если между результатами 2018 года и нынешней работой разница в четкости картинки составляла почти два порядка, то охлаждение уже не даст такого прироста. Кроме того, можно использовать суперкомпьютеры и нейронные сети для ускорения обсчета получаемых приемником излучения данных. Последнее улучшение навряд ли повысит разрешение метода, зато позволит сканировать более крупные структуры.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
7 часов назад
9 минут
Мария Азарова

Шотландские исследователи провели когортный анализ: они сравнили риск госпитализации при заражении индийским и британским штаммами коронавируса, а также определили, кого вариант из Индии поражает чаще всего.

Сегодня, 10:26
9 минут
НИУ ВШЭ

Психолингвисты из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Городского университета Нью-Йорка и Университета Штутгарта выяснили, чем отличается чтение на русском языке у разных групп читателей. Для этого они впервые использовали новый для билингвизма метод сравнения движения глаз взрослых носителей русского языка, русскоязычных детей и взрослых билингвов с разным уровнем владения языком.

Вчера, 19:28
9 минут
Мария Азарова

На фоне новостей о введении обязательной вакцинации для некоторых категорий жителей российских регионов встает логичный вопрос, а какой вакциной все же прививаться. И если о разработанном в Центре Гамалеи «Спутнике-V» в последние месяцы мы слышали многое, то по второму российскому препарату — «ЭпиВакКороне» — в международном научном журнале не публиковали и окончательных результатов исследований. Сегодня директор центра «Вектор» рассказал некоторые подробности о своей вакцине.

12 июня
58 минут
Николай Цыгикало

Грохот уходящих в космос ракет, гигантские столбы огня, колоссальная сила, превосходящая силу тяжести. Форсажный рев боевых самолетов. Самое громкое и мощное силовое устройство человека. Все это — канал особой формы и особых свойств, радикально изменивший человечество. В чем его суть и как происходит трудное рождение сверхзвука — читайте в нашем материале.

15 июня
4 минуты
Сергей Васильев

Галактические нити крупномасштабной структуры Вселенной тянутся на сотни миллионов световых лет — и, как оказалось, вращаются, увлекая в движение все свои галактики.

12 июня
9 минут
Василий Парфенов

Российские эпидемиологи считают, что в столице могла появиться своя разновидность вируса SARS-CoV-2. Кроме того, по мнению специалистов Центра имени Гамалеи, сейчас важным является индийский штамм коронавируса. По отношению к нему активность сывороток у вакцинированных и переболевших Covid-19 снижена в 2-3 раза.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

27 мая
51 минута
Александр Березин

Хотя в прессе много пишут об исключительно редких «побочках» от вакцин, практика показывает, что бояться надо совсем другого. Самым страшным врагом привитого остается... коронавирус. Даже после вакцин Pfizer или Moderna от него иногда умирают — и подобных случаев уже сотни. Разумеется, среди непривитых таких на порядки больше, но погибшим и членам их семей от этого не легче. Еще хуже то, что две из трех российских вакцин, похоже, защищают от ковида намного слабее Pfizer и Moderna. Это довольно странно с учетом того, что третий российский препарат в этом плане не уступает западным аналогам. Почему российские власти финансируют миллионные тиражи слабой вакцины, имея в распоряжении вполне полноценную?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: