Фізики з Корнельського університету в США отримали фотографії окремих атомів з рекордною роздільною здатністю – менше половини ангстрема (0,39). Попередній рекорд роздільної здатності більше вдвічі – 0,98 ангстрема.
Електронні мікроскопи, що дозволяють робити знімки окремих атомів, існують вже півстоліття. Довжина хвилі видимого світла більше діаметра середнього атома, тому побачити атом за допомогою навіть найпотужнішого світлового мікроскопа не можна. Довжина хвилі електрона набагато менше, і електронні мікроскопи, що дозволяють робити знімки окремих атомів, існують вже півстоліття.
Аналогом лінз, фокусуючих зображення, в електронних мікроскопах виступає магнітне поле, але його коливання служать джерелом спотворень; ці спотворення піддаються коригуванню додатковими пристроями управління коливаннями напруженості магнітного поля, але з ними складність конструкції мікроскопа зростає.
Минулого року фізики з Корнельського університету запропонували пристрій electron microscope pixel array detector (EMPAD), що заміняє складну систему генераторів, які фокусують вхідні електрони. Пристрій являє собою матрицю – 128х128 пікселів, чутливих до окремих електронів. Кожен піксель реєструє кут відображення електрона; знаючи його, вчені за допомогою техніки птайкографіі реконструюють характеристики електронів, включаючи координати точки, звідки він був випущений.
Потім вчені закріпили на рухомій балці лист двовимірного матеріалу – сульфіду молібдену MoS2, і випустили пучки електронів, повертаючи балку під різними кутами до джерела електронів. За допомогою EMPAD і птайкографіі вчені визначили відстані між окремими атомами молібдену і отримали зображення з рекордною роздільною здатністю – 0,39 ангстрема. «По суті ми створили найменшу у світі лінійку», – пояснює Сол Грюнер (Sol Gruner), один з авторів експерименту. На знімку нижче видно атоми сірки і місце, де одного такого атома не вистачає (вказано стрілкою).
Крім рекордної роздільної здатності у цього методу є ще одна перевага: він вимагає відносно низької енергії електронів. Найпотужніші з сучасних електронних мікроскопів використовують пучки електронів з енергією до 300 кЕв і теж дають субангстемне непогана роздільна здатність – до 0,5 ангстрема, але електрони такої високої енергії годяться тільки для дослідження дуже міцних матеріалів. Двовимірні матеріали і біомолекули руйнуються під дією таких високоенергетичних частинок, тому можливість використовувати електрони на порядок меншою енергії (80 кеВ в експерименті фізиків з Корнельського університету) дуже цінне.
Опис експерименту опубліковано в журналі Nature.
Натхнення: www.popmech.ru