Физики из Корнеллского университета в США получили фотографии отдельных атомов с рекордным разрешением — меньше половины ангстрема (0,39 Å). Предыдущий рекорд разрешения больше вдвое — 0,98 Å.
Физики сфотографировали атом с рекордным разрешением
David A. Muller et al. Nature, 2018.
Редакция ПМ

Электронные микроскопы, позволяющие делать снимки отдельных атомов, существуют уже полвека. Длина волны видимого света больше диаметра среднего атома, поэтому увидеть атом с помощью даже самого мощного светового микроскопа нельзя. Длина волны электрона гораздо меньше, и электронные микроскопы, позволяющие делать снимки отдельных атомов, существуют уже полвека.

Аналогом линз, фокусирующих изображение, в электронных микроскопах выступает магнитное поле, но его колебания служат источником искажений; эти искажения поддаются корректировке дополнительными устройствами управления колебаниями напряженности магнитного поля, но с ними сложность конструкции микроскопа возрастает.

В прошлом году физики из Корнеллского университета предложили устройство electron microscope pixel array detector (EMPAD), заменяющее сложную систему генераторов, фокусирующих входящие электроны. Устройство представляет собой матрицу — 128х128 пикселей, чувствительных к отдельным электронам. Каждый пиксель регистрирует угол отражения электрона; зная его, ученые при помощи техники птайкографии реконструируют характеристики электронов, включая координаты точки, откуда он был выпущен.

Затем ученые закрепили на подвижной балке лист двумерного материала — сульфида молибдена MoS2, и выпустили пучки электронов, поворачивая балку под разными углами к источнику электронов. С помощью EMPAD и птайкографии ученые определили расстояния между отдельными атомами молибдена и получили изображение с рекордным разрешением — 0,39 Å. «В сущности мы создали самую маленькую в мире линейку», — поясняет Сол Грюнер (Sol Gruner), один из авторов эксперимента. На снимке ниже видны атомы серы и место, где одного такого атома не хватает (указано стрелочкой).

David A. Muller et al. Nature, 2018.

Кроме рекордного разрешения у этого метода есть еще одно преимущество: он требует относительно низкой энергии электронов. Самые мощные из современных электронных микроскопов используют пучки электронов с энергией до 300кЭв и тоже дают субангстемное неплохое разрешение — до 0,5 Å, но электроны такой высокой энергии годятся только для исследования очень прочных материалов. Двумерные материалы и биомолекулы разрушаются под действием таких высокоэнергетических частиц, поэтому возможность использовать электроны на порядок меньшей энергии (80 кЭв в эксперименте физиков из Корнелльского университета) очень ценно.

Описание эксперимента опубликовано в журнале Nature.

Понравилась статья?
Самые интересные новости из мира науки: свежие открытия, фотографии и невероятные факты у вас на почте.
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.