La nitidez de la imagen del átomo se ha mejorado a un nivel sin precedentes

La nitidez de la imagen del átomo se ha mejorado a un nivel sin precedentes

La captura de imágenes de átomos fue mejorado a un nivel sin precedentes con un detector de matriz de píxeles de microscopio electrónico (EMPAD) con sofisticados algoritmos de reconstrucción 3D.

Un equipo de la Universidad de Cornell dirigido por el profesor de ingeniería David Muller rompió su propio récord de 2018, con una resolución tan ajustada que el único borrón que queda es el temblor térmico de los propios átomos. Publica los resultados en Science.

«Esto no solo establece un nuevo récord», dijo Muller en un comunicado. «Ha logrado una dieta que efectivamente será un límite máximo de resolución. Básicamente, ahora podemos averiguar dónde están los átomos de una manera muy simple. Esto abre muchas posibilidades nuevas para medir cosas que hemos querido hacer durante mucho tiempo. También resuelve un viejo problema, al cancelar la propagación de múltiples haces en la muestra, que Hans Bethe estableció en 1928, lo que nos ha impedido haciendo esto en el pasado «.

La óptica funciona escaneo de modelos de dispersión superponer una muestra de material y buscar cambios en la región de superposición.

Los investigadores podrían volver a batir su récord

«Buscamos patrones de puntos que se parezcan mucho a los patrones de puntero láser que también fascinan a los gatos«Dijo Muller.» Al ver cómo cambia el patrón, podemos calcular la forma del objeto que causó el patrón. «

El detector está ligeramente desenfocado, difuminando el haz, para capturar la tantos datos como sea posible. Luego, estos datos se reconstruyen utilizando algoritmos complejos, lo que proporciona una imagen ultraprecisa con precisión de picómetro (una billonésima de metro).

«Con estos nuevos algoritmos, ahora podemos corregir todo el desenfoque en nuestro microscopio hasta el punto en que el factor de desenfoque más grande que nos queda es el bamboleo de los átomos, porque eso es lo que les sucede a los átomos, una temperatura finita», mencionó Muller. «Cuando hablamos de temperatura, lo que en realidad estamos midiendo es la velocidad promedio a la que se mueven los átomos».

Los investigadores tal vez podrían batir su récord de nuevo utilizando un material compuesto por átomos más pesados, que oscilan menos, o enfriando la muestra. Pero incluso a temperatura cero, los átomos todavía tienen fluctuaciones cuánticas, por lo que la mejora no sería muy grande.

El método podría aplicarse a células o tejidos.

Esta última forma de óptica electrónica permitirá a los científicos localizar átomos individuales en las tres dimensiones mientras que, de lo contrario, podrían quedar oscurecidos por otros métodos de obtención de imágenes. Los investigadores también podrán encontrar átomos de tierra en configuraciones inusuales e imaginarlos, y sus vibraciones, uno a la vez. Esto podría ser particularmente útil para obtener imágenes de semiconductores, catalizadores y materiales cuánticos, incluidos los que se usan en la computación cuántica, así como para analizar átomos en los límites donde se unen los materiales.

El método de imagen también podría aplicado a células o tejidos sustancias biológicas espesas, o incluso conexiones de sinapsis en el cerebro, lo que Muller llama «conectómica bajo demanda».

14/04/2021 Impresión artística de una galaxia con un núcleo activo, un agujero negro supermasivo en el centro.  EMPRESA DE INVESTIGACIÓN Y TECNOLOGÍA ESA / C. CARREAU

Si bien el método requiere mucho tiempo y es computacionalmente exigente, podría hacerse más eficiente con computadoras más potentes, aprendizaje automático y detectores más rápidos.

«Queremos aplicar esto a todo lo que hacemos», dijo Muller, quien co-preside el Instituto Kavli de Ciencia a Nanoescala en Cornell y co-preside el grupo de trabajo de Ingeniería de Microsistemas y Ciencia a Nanoescala (NEXT Nano), que es parte de la iniciativa de colaboración radical de Cornell. “Hasta ahora todos hemos usado anteojos realmente malos. Y ahora tenemos un par realmente bueno. ¿Por qué no querría quitarse los anteojos viejos, ponerse los nuevos y usarlos todo el tiempo?

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