Tangkapan layar menunjukkan gambar kristal PrScO3, diperbesar 100 juta kali. Itu diperoleh dengan menggunakan ptychography elektronik
Pada tahun 2018, para ilmuwan dari Cornell membangun perangkat yang kuat, bersama dengan teknik pemindaian yang disebut ptychography, mencetak rekor dunia baru. Mereka melihat atom dalam resolusi yang lebih tinggi daripada mikroskop elektron terbaik dunia pada waktu itu.
Terlepas dari kesuksesan yang telah dibuat para peneliti, ada kelemahan penting dalam pendekatan mereka. Teknik mereka bekerja hanya dengan lapisan material yang sangat tipis (tidak lebih dari beberapa atom tebal). Sampel yang lebih tebal mengarah pada fakta bahwa elektron "tersebar", dan tidak mungkin untuk menganalisisnya.
Baru-baru ini, tim ahli yang dipimpin oleh David Muller memecahkan rekor mereka sendiri. Dia menciptakan mekanisme yang lebih canggih yang memungkinkan Anda melihat atom dalam resolusi yang lebih tinggi. Dan sangat tinggi sehingga hanya sedikit kabut yang tersisa dalam gambar, yang disebabkan oleh "lompatan suhu" dari atom itu sendiri.
Karya para peneliti, berjudul Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations, diterbitkan dalam jurnal Science pada 20 Mei.
“Ini bukan hanya rekor dunia baru,” kata Müller. - Sekarang kita dapat dengan tenang memeriksa atom dan mengidentifikasi lokasinya. Ini membuka banyak teknik baru untuk mengukur data. Apa yang ingin kami capai selama bertahun-tahun. Selain itu, penemuan kami memecahkan masalah dengan studi tentang jaringan, yang terdiri dari sejumlah besar lapisan atom. "
Metode penelitian baru memungkinkan para ilmuwan untuk memeriksa lapisan material satu per satu. Untuk ini, pemrosesan komputer dari berbagai gambar yang diperoleh dengan menyebarkan cahaya dari sampel yang diteliti digunakan.
"Kami mengamati partikel bergerak individu yang dideteksi perangkat kami, seperti kucing melihat cahaya dari penunjuk laser," kata Mueller. "Dengan melacak perilaku partikel yang bergerak di area lapisan pola interferensi, kami dapat menggunakan komputer dan menghitung seperti apa sampel yang diteliti pada tingkat atom."
Data yang dihasilkan dibuat ulang menggunakan algoritme canggih, yang pada akhirnya memungkinkan Anda membuat gambar dengan resolusi picometer (satu triliun meter).
“Dengan algoritma seperti itu, kami bisa menghilangkan hampir semua penyebab yang menyebabkan gambar kabur di masa lalu. Satu-satunya hal yang masih sedikit mengaburkan citra adalah mobilitas atom akibat perubahan suhu, kata Mueller. "Ketika kita berbicara tentang suhu, kita sebenarnya berbicara tentang seberapa banyak atom bergetar."
Peneliti dapat memecahkan rekor mereka sendiri lagi jika mereka bereksperimen dengan material dengan atom yang lebih berat (mereka kurang bergerak) atau mendinginkan sampel eksperimen yang berfungsi. Tetapi bahkan pada suhu nol, atom akan bergerak, sehingga peningkatan kualitas gambar yang signifikan tidak akan berhasil.
Tipografi elektronik akan memungkinkan para ilmuwan untuk melacak atom individu dalam tiga dimensi, bukan dua, seperti yang terjadi di masa lalu. Dimungkinkan juga untuk melacak kotoran yang tidak dapat dideteksi menggunakan mikroskop klasik. Ini akan sangat berguna saat bekerja dengan semikonduktor, katalis, dan bahan kuantum, termasuk yang digunakan untuk membuat komputer kuantum, serta saat mempelajari atom pada batas sambungan berbagai bahan. Selain itu, metode penelitian serupa dapat digunakan untuk mempelajari sel, jaringan biologis, dan bahkan sinapsis di otak.
Sejauh ini, menggunakan perkembangan Mueller dan rekan-rekannya itu mahal. Butuh banyak waktu dan komputer yang sangat kuat untuk menganalisis semua data dan membuat gambar yang jelas dengan resolusi tinggi. Namun para peneliti berharap dapat membuat metode ini lebih mudah diakses dengan komputer dan sistem pembelajaran mesin yang lebih canggih.
“Sepertinya kami memakai kacamata yang sangat buruk selama ini,” kata Müller. “Dan sekarang, seolah-olah untuk pertama kalinya, kami diberi sepasang dioptri berkualitas tinggi.”
