Международная группа исследователей улучшила методику птихографии, достигнув пределов её разрешающей способности. На сделанной изображении различимы отдельные атомы, а незначительные искажения возникли из-за их термических колебаний.
Группа учёных, возглавляемая Дэвидом Мюллером, работала на грани возможностей современных измерительных методик. David A. MullerЭтот профессор инженерных наук из Корнелльского университета установил предыдущий рекорд в этой области три года назад. В статье описана работа американских, швейцарских и немецких физиков. размещена в журнале ScienceАссоциация по содействию развитию науки. AAASПоскольку публикация закрыта, потрясающие изображения, большая часть которых, к сожалению, понятна только специалистам, можно увидеть. препринте научной работы на портале arXiv.
Птихография превосходит все другие методы, в том числе атомно-силовые и сканирующие туннельные микроскопы, по возможности различать отдельные атомы. Этот метод исследует внутреннее строение вещества, а не ограничивается его поверхностью. В упрощённом виде принцип птихографии таков: на образец направляется слегка расфокусированный луч электронов или рентгеновского излучения. За объектом установлен приемник, формирующий интерферометрическую картину из электронов или фотонов.
Изучая полученный сигнал, компьютер восстанавливает положение отклонившихся фотонов или электронов атомов. Несмотря на совершенствование метода, есть существенные ограничения: толщина исследуемого образца пока не превышает нескольких десятков нанометров. Чем больше эта толщина, тем мощнее требуется компьютер для анализа сигналов и восстановления картинки, а также сильнее шум и искажения на ней. Команда Мюллера разрабатывает способы дальнейшего улучшения технологии.
В последнем эксперименте, приблизившись к теоретическому пределу кристаллографии, физики направили пучок электронов под разными углами на тонкий кристалл. PrScO3Результаты исследования четко продемонстрировали трехмерную структуру перовскита из атомов празеодима, скандия и кислорода. В работе для сравнения представлены примеры подобных исследований с использованием других методов визуализации.
По мнению Мюллера, работа его коллег напоминает покупку новых очков после долгого пользования очками с очень слабыми линзами. Ученые теперь нетерпеливо стремятся применять улучшенную птихографию на самых разных объектах — от полупроводниковых кристаллов (для поиска в них изъянов) до живых нейронов (для изучения субмолекулярных процессов, протекающих в нервной ткани). Помимо расширения списка образцов, которые физики собираются поместить под новый «микроскоп», думают и над расширением возможностей метода.
Существует простой способ увеличить разрешающую способность — взять образец из атомов наибольшей массы и охладить его до температуры, близкой к абсолютному нулю.
Однако, если разница в четкости картинки между результатами 2018 года и текущей работой почти два порядка, то охлаждение не даст такого же прироста.
Также можно использовать суперкомпьютеры и нейронные сети для ускорения расчета данных, получаемых приемником излучения. Последнее улучшение, скорее всего, не повысит разрешение метода, но позволит сканировать более крупные структуры.