Физики смогли «сфотографировать» отдельные атомы в рекордном разрешении
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.
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.
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Ученые синтезировали три новых комплекса металла европия и нашли способ управлять яркостью их свечения (люминесценции). Подобные светящиеся соединения востребованы в биологии и медицине для визуализации тканей и отслеживания распределения лекарств по организму, а также в технике при разработке энергоэффективных дисплеев и светодиодов.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Плавящийся асфальт в США, многие тысячи погибших в Западной Европе, своеобразное лето в России — все это списывают на вредоносный феномен рекордного Эль-Ниньо. И конечно же, на него спихивают и ожидаемый рост цен на кофе и основные сельхозтовары. Правда, есть в этой картине и белые пятна: в прошлые Эль-Ниньо мировые урожаи росли. Что скорее всего случится в 2026 году и отчего роль этого события может быть куда больше, чем мы думаем?
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Последние комментарии