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原子观测分辨率提高两个数量级
编辑:尚蒙科技无锡有限公司   时间:2021-05-26

科技日报北京5月25日电 (记者刘霞)据物理学家组织网近日报道,美国科学家用电子显微镜像素阵列探测器(EMPAD)与更复杂的三维重建算法相结合,将原子观测的分辨率提高了2个数量级并创下新纪录。借助新技术,科学家可以在三维空间中定位单个原子,这对于观察半导体、催化剂和量子材料来说非常重要,且有望应用于生物医学领域。

2018年,康奈尔大学的大卫·穆勒等人研制了一款高性能探测器,将当时最先进的电子显微镜的分辨率提高了3倍,创下当时最高纪录。尽管这种方法很成功,但它只适用于仅几个原子厚的超薄样品。


有鉴于此,康奈尔大学团队用EMPAD结合更复杂的算法再次打破了自己的纪录,主要研究人员为该校博士后陈震(音译)。相关论文发表于最新一期的《科学》杂志上。


穆勒指出,借助新算法,他们能纠正显微镜所有的模糊,将精度提升2个数量级,达到皮米(万亿分之一米)级精度。


穆勒表示,最新研究创造了新纪录,实际上已成为目前有效观测的分辨率的上限。现在,他们基本上可以用一种非常简单的方法找出原子的位置,这让以前很多无法测量的事物变得可以测量。


研究人员可以通过使用由较重原子组成的材料或通过冷却样品,再次刷新他们的纪录。但即使在零温度下,原子仍有量子涨落,因此,精度的改善空间并不大。


陈震等人表示,新技术将使科学家能在三维空间中定位单个原子,还能帮助他们找到特殊结构中的杂质原子,并对这些原子及其振动逐一成像,这对于给半导体、催化剂和量子材料(包括量子计算中使用的材料)成像特别有用。新方法还能给较厚的生物细胞或组织,甚至大脑内突触之间的连接成像。而且,虽然该方法耗时且计算量大,但采用功能更强大的计算机,并与机器学习和效率更快的探测器相结合,可以提高效率。


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