Уникальный снимок: ученые сфотографировали отдельные атомы с самым высоким разрешением в истории

Детали

Изображение, которое вы видите выше, было сделано еще в 2021 году. Эти точки – атомы в кристаллической решетке куска материала, который называется Praseodymium orthoscandate. Единственная причина, почему изображение выглядит немного нечетким, заключается не в низком разрешении, а в том, что атомы не прекращают быстро двигаться, что приводит к небольшому размытию.

Смотрите также Ограничение термоядерного синтеза, которое считали законом, было ложью: его превзошли в десять раз

Ученые говорят, что, независимо от того, насколько хорошими становятся технологии, это рекордное разрешение вряд ли когда-нибудь будет побито. Это потому, что существует предел разрешения, которую мы можем достичь на этих атомных масштабах, и это почти она.

Это не просто новый рекорд. Мы достигли режима, который фактически станет окончательным пределом разрешения. Теперь мы можем выяснить, где находятся атомы, очень простым способом. Это открывает целый ряд новых возможностей для измерения вещей, которые мы хотели сделать очень давно,
– говорит физик Дэвид Мюллер из Корнельского университета.

Это достижение является результатом работы вершины технологии атомной визуализации, которая называется птихография. Птихография на самом деле является не техникой прямой визуализации путем фотографирования, а разновидностью интерферометрии. Это генерация изображения из интерференционных картин. Вот как это работает:

• Ученые обстреливают электронами опытный образец Praseodymium orthoscandate.
• Когда электроны попадают в атомы материала, то отскакивают и позволяют измерить характер отскока или рассеивания во время движения пучка.
• Регистрируя положение отраженных электронов, система визуализации может генерировать изображение того, от чего отскакивают электроны.

Поскольку Praseodymium orthoscandate является сложным соединением, мы можем видеть на снимке три разных типа атомов. Пары ярких пятен, соединенных вместе, – это Празеодим. Одиночные яркие пятнышки — Скандий. А тусклые красные пятна – это Кислород. Все эти атомы связаны между собой, образуя кристалл.

Последствия и перспективы

Прорыв в атомной визуализации имеет последствия и применение для физики и инженерии, предоставляя нам прекрасную возможность изучать атомные структуры с высоким разрешением и в трех измерениях. Мы можем использовать это для огромного количества сфер — от материаловедения до квантовых коммуникаций.

Мы хотим применить это ко всему, что делаем. До сих пор мы все носили очень плохие очки. А теперь у нас появилась очень хорошая пара. Почему бы вам не снять старые очки, одеть новые и пользоваться ими постоянно?
– говорит Мюллер.

Несмотря на то, что этот метод занимает много времени и требует вычислений, его можно сделать более эффективным с помощью более мощных компьютеров в сочетании с машинным обучением и более быстрыми детекторами.