Mikroskop yang luar biasa melihat molekul dalam resolusi rekaman

Gambar ini menunjukkan rekonstruksi pikografik elektron dari kristal Prosodium orthosandate (PresCO3) yang diperbesar 100 juta bar. Kredit: Universitas Cornell

Pada tahun 2018, para peneliti Cornell menciptakan detektor bertenaga tinggi yang dikombinasikan dengan proses berbasis algoritma yang disebut picography untuk mencetak rekor dunia dengan melipatgandakan resolusi mikroskop elektron yang canggih.

Meski berhasil, ada kelemahan dalam pendekatan itu. Ini hanya bekerja dengan sampel sangat tipis yang tebalnya beberapa atom. Untuk alasan yang lebih sering, elektron dapat menyebar dengan cara yang tidak dapat dipecah.

Sekarang tim yang dipimpin oleh David Mueller, Samuel B. dari Engineering. Profesor Eckert, dengan detektor larik piksel mikroskop elektron (EMPAD) yang menggabungkan dua algoritme rekonstitusi 3D yang lebih canggih, telah melemparkan rekornya sendiri dengan faktor dua.

Resolusi itu dipertahankan dengan sangat baik, hanya dikaburkan sehingga atom-atom membangkitkan panasnya sendiri.

Makalah grup, “Pichography Elektron Mencapai Batasan Resolusi Atom yang Ditentukan oleh Getaran Kisi,” diterbitkan 20 Mei di Science. Penulis utama makalah ini adalah peneliti postdoctoral Zhen Chen.

“Itu tidak hanya mencetak rekor baru,” kata Mueller. “Ini telah mencapai titik di mana itu akan menjadi solusi akhir. Kami sekarang pada dasarnya dapat menentukan di mana atom berada dengan sangat mudah. Ini membuka kemungkinan baru untuk mengukur sepenuhnya apa yang ingin kita lakukan untuk waktu yang sangat lama. Ini juga memecahkan masalah lama – membatalkan beberapa hamburan balok dalam sampel, yang dilakukan Hans Beth pada tahun 1928 – yang telah mencegah kami melakukannya di masa lalu. “

Pichography bekerja dengan memindai pola hamburan yang tumpang tindih dari sampel material dan mencari perubahan di wilayah yang tumpang tindih.

“Kami mengejar pola bintik yang terlihat seperti banyak jenis penunjuk laser yang membuat kucing sama-sama terpesona,” kata Mueller. “Dengan melihat bagaimana pola berubah, kami dapat menghitung ukuran kausal dari pola tersebut.”

Detektor sedikit tidak fokus, mengaburkan pancaran untuk menangkap berbagai kemungkinan data. Data ini kemudian direkonstruksi menggunakan algoritme yang kompleks, menghasilkan gambar ultrapresur dengan akurasi pikometer (satu triliun meter).

“Dengan algoritme baru ini, kami sekarang dapat memperbaiki posisi untuk semua ambiguitas di mikroskop kami bahwa alasan paling tidak jelas yang tersisa adalah atom berputar dengan sendirinya, seperti halnya atom pada suhu terbatas,” kata Mueller . “Saat kita berbicara tentang suhu, yang sebenarnya kita ukur adalah kecepatan rata-rata dari berapa banyak atom yang bergoyang.”

Para peneliti mungkin menggunakan bahan yang mengandung atom yang lebih berat, yang dapat menyimpan catatan mereka di puncak lagi dengan mengurangi getaran, atau mendinginkan sampel. Tetapi bahkan pada suhu nol pun ada fluktuasi kuantum dalam atom, jadi peningkatannya tidak akan terlalu besar.

Bentuk psikografi elektron terbaru ini memungkinkan para ilmuwan mendeteksi atom dalam tiga dimensi saat menggunakan metode pencitraan lain yang mungkin tersembunyi. Para peneliti juga akan dapat menemukan atom najis dalam konfigurasi abnormal dan mengaktifkannya serta citra getarannya sekaligus. Ini sangat membantu untuk pencitraan dalam semikonduktor, katalis dan bahan kuantum termasuk Komputasi kuantum – serta untuk analisis atom di perbatasan tempat bahan-bahan digabungkan.

Metode pencitraan juga dapat diterapkan pada sel atau jaringan biologis padat atau ke koneksi sinaps otak – Muller, yang dikenal sebagai “lampiran sesuai permintaan”.

Meskipun metode ini menghemat waktu dan menuntut komputasi, metode ini dapat dibuat lebih efisien dengan komputer yang lebih kuat yang dikombinasikan dengan pembelajaran mesin dan detektor cepat.

“Kami ingin menerapkan apa yang kami lakukan untuk ini,” kata Muller, yang memimpin Satuan Tugas Ilmu Skala Nano dan Rekayasa Sistem Mikro (Nano Berikutnya), bagian dari inisiatif kerjasama radikal kolonel. . “Sejauh ini, kita semua mengejar kacamata yang sangat buruk. Dan sekarang kami benar-benar memiliki pasangan yang sangat bagus. Mengapa Anda tidak melepas kacamata lama dan memakai baju baru dan menggunakannya setiap saat? “

Referensi: “Ptkografi elektron mencapai batas resolusi atom yang ditentukan oleh getaran palsu” Zhen Hen, E Jiang, Yu-Sun Shao, Megan E. Holtz, Michael Odstrill, Manuel Guizer-Ciceros, Isabel Hanke, Stephen Ganscho, Darrell G. Schlom dan David A. Mool, 21 Mei 2021, Ilmu.
DOI: 10.1126 / Science.ABG2533

Rekan penulis termasuk Darrell Slum, Herbert Fisk Johnson dari Departemen Kimia Industri; Ei Jiang, Ph.D. ’18 dan sekarang Ilmuwan Data Bimline di Laboratorium Nasional di Argonne; Peneliti pascadoktoral U-Sun Shao dan Megan Holtz, Ph.D. ’17; Dan peneliti dari Paul Cherry Institute dan Leibniz Institute for Crystal Growth.

Studi ini didukung oleh National Science Foundation melalui Platform Kolonel untuk Implementasi Segera, Analisis dan Penemuan Material Antarmuka (Paradigm). Para peneliti juga menggunakan Pusat Kolonel untuk Penelitian Metalurgi, yang didukung oleh program Pusat Ilmu dan Teknik Penelitian Bahan NSF.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.