Fyzici fotografovali atóm s rozlíšením záznamu

Elektrónové mikroskopy, ktoré umožňujú fotografovať jednotlivé atómy, sú už asi pol storočia. Vlnová dĺžka viditeľného svetla je väčšia ako priemer priemerného atómu, takže atóm nie je možné vidieť ani s najsilnejším svetelným mikroskopom. Vlnová dĺžka elektrónov je omnoho kratšia a elektrónové mikroskopy, ktoré umožňujú fotografovať jednotlivé atómy, sú už pol storočia.

Analógom šošoviek zaostrujúcich obraz v elektrónových mikroskopoch je magnetické pole, ale jeho vibrácie sú zdrojom skreslenia; tieto deformácie môžu byť korigované dodatočnými ovládacími zariadeniami na kolísanie magnetického poľa, ale s nimi sa zvyšuje zložitosť konštrukcie mikroskopu.

Minulý rok fyzici na Cornell University navrhli detektor EMPAD (pixel array array detector), ktorý nahrádza zložitý systém generátorov zameraných na prichádzajúce elektróny. Zariadenie je matica - 128x128 pixelov citlivých na jednotlivé elektróny. Každý pixel zaznamenáva uhol odrazu elektrónu; Vedci, ktorí ho poznajú, rekonštruujú vlastnosti elektrónov vrátane súradníc bodu, z ktorého boli uvoľnené.

Vedci potom pripevnili hárok dvojrozmerného materiálu, sulfidu molybdénového MoS 2, na pohyblivý lúč a uvoľnili lúče elektrónov, pričom lúč otočili v rôznych uhloch k zdroju elektrónov. Použitím EMPAD a PTC vedci určili vzdialenosti medzi jednotlivými atómami molybdénu a získali obraz s rozlíšením záznamu 0, 39 Á. „V podstate sme vytvorili najmenšiu líniu na svete, “ vysvetľuje Sol Gruner, jeden z autorov experimentu. Obrázok nižšie zobrazuje atómy síry a miesto, kde jeden taký atóm chýba (označený šípkou).

David A. Muller a kol. Nature, 2018.

Okrem rozlíšenia záznamu má táto metóda ďalšiu výhodu: vyžaduje relatívne nízku energiu elektrónov. Najvýkonnejší z moderných elektrónových mikroskopov využíva elektrónové lúče s energiami do 300 kV a tiež poskytujú dobré rozlíšenie podskupín - až 0, 5 Á, ale elektróny s tak vysokou energiou sú vhodné iba na štúdium veľmi silných materiálov. Dvojrozmerné materiály a biomolekuly sa ničia pôsobením takýchto vysokoenergetických častíc, takže schopnosť používať elektróny rádovo nižšiu energiu (80 kV pri experimente fyzikov na Cornell University) je veľmi cenná.

Popis experimentu je uverejnený v časopise Nature .

Odporúčaná

Ako čítať odstránené správy na WhatsApp
2019
ESA získala nový úžasný obraz Marsu
2019
Predstavená prvá klávesnica a myš Xbox One
2019