В 2018 году самый точный электронный микроскоп, созданный исследовательской группой из Корнельского университета, был занесен в Книгу рекордов Гиннеса. В последние дни та же команда побила свой трехлетний рекорд и построила микроскоп с еще большим разрешением, сообщает kratko-news.com.
- Чтобы преодолеть ограничения оптических микроскопов, вы можете заменить световой луч электронным. Так называемый электронный микроскоп.
- Команда Корнельского университета использовала продвинутый вычислительный метод, называемый птихографией.
- Это привело к визуализации образца со шкалой одиночных атомов, который был занесен в Книгу рекордов Гиннеса в 2018 году.
- Текущее исследование, опубликованное в журнале «Science», улучшает полученный результат, поскольку позволяет получить изображение образца материала шириной от 30 до 50 нм с атомарной точностью.
- Используемый здесь метод будет иметь большое значение для развития современных технологий, в том числе построения электронных схем в атомном масштабе.
Микроскоп — это устройство, увеличивающее изображение очень маленьких объектов. В результате он позволяет напрямую изучать микромир. Однако у традиционных оптических микроскопов есть свои ограничения. Принцип работы оптического микроскопа основан на так называемом приближении геометрической оптики. Примерно в этот момент световые импульсы следуют по фиксированным траекториям, называемым световыми лучами. Именно эти лучи изгибаются в оптических элементах, таких как, например, линзы. Об этом знают все ученики, которые на уроках физики рисуют много таких световых лучей, преломленных в различных типах линз, и воссоздают изображения простых объектов.
Однако свет имеет волновую природу. Если мы рассмотрим шкалу расстояний, сравнимую с длиной волны, приближение геометрической оптики преломляет и волновую природу света нельзя игнорировать. Желтый видимый свет имеет длину волны примерно 570 нм. Один нанометр равен одной миллиардной метра. Поэтому объекты, размер которых меньше длины волны видимого света, нельзя увидеть с помощью обычного оптического микроскопа.
Чтобы преодолеть ограничения оптических микроскопов, вы можете заменить световой луч электронным. Так называемый электронный микроскоп. С точки зрения конструкции электронных микроскопов важно, чтобы длина волны электронов могла быть намного короче длины волны видимого света. Следовательно, разрешение электронных микроскопов больше, чем разрешение оптических микроскопов. Это означает, что с помощью электронных микроскопов вы можете получить четкое изображение небольших объектов, которые больше не видны с помощью традиционного оптического микроскопа.
Электронный микроскоп также имеет свои ограничения. Длина волны электронов связана с их энергией. Чем меньше длина волны электронной волновой функции и, следовательно, чем выше разрешение микроскопа, тем больше энергия луча. В какой-то момент энергия становится слишком высокой, что вызывает нарушение тестового образца. Чтобы избежать повреждения образца, уменьшите энергию луча. В результате на достаточно малом масштабе тестируемого образца необходимо учитывать волновую природу электронов. Волны могут преодолевать препятствия в явлении дифракции и перекрываться при явлении интерференции. Эти два оптических явления размывают изображение в традиционной схеме микроскопов в достаточно малом масштабе.
Команда из Корнельского университета вместо того, чтобы бороться с неизбежными эффектами дифракции и интерференции, решила восстановить изображение исследуемого образца на основе правильно подготовленного интерференционного изображения электронного луча. Для этого она использовала продвинутый вычислительный метод, называемый птихографией. Используемый здесь метод будет иметь большое значение для развития современных технологий, в том числе построения электронных схем в атомном масштабе.
