Vedcom z Cornell University sa podarilo vytvoriť najjasnejšiu a najdetailnejšiu snímku atómov, aká kedy bola vytvorená. Snímka je natoľko presná a detailná, že jemné rozmazanie, ktoré je na nej možné pozorovať, v skutočnosti predstavuje tepelné kmity atómov kryštálu.

Univerzita prekonala svoj vlastný rekord

Ako píše samotná Cornell University na svojom webe, odborníci skonštruovali v roku 2018 vysoko výkonný detektor, ktorý im s pomocou špeciálnej metódy mikroskopického zobrazovania pomohol sledovať detaily veľké len 0,093 nanometra, čo si vyslúžilo aj oficiálny zápis do Guinessovej knihy rekordov.

Najdetailnejšia snímka atómov. Cornell University

Teraz vedci prekonali svoj predchádzajúci rekord vytvorením nového detektora, ktorý strojnásobil rozlíšenie najmodernejšieho a najvyspelejšieho elektrónového mikroskopu. Ten na rozdiel od predchádzajúcej technológie nie je odkázaný na pozorovanie ultratenkých vzorov hrubých iba niekoľko atómov, čo bolo v roku 2018 považované za veľký nedostatok ich práce.

NEPREHLIADNI
VIDEO: Veľký tresk v kryštáli? Vedci jasajú, nahrali prvé milisekundy formovania kryštálov

Ako vedci vytvorili jednotlivé snímky?

Nové snímky publikované v rámci štúdie zverejnenej v žurnále Science podľa slov autorov prekonávajú ich predchádzajúci rekord až o faktor 2. Jeden z hlavných autorov štúdie David Muller dokonca smelo vyhlasuje, že ich snímky majú také vysoké rozlíšenie, že takmer dosiahli najväčší možný limit rozlíšenia, upozorňuje portál NewAtlas.

Kritickú úlohu pri pozorovaní atómov zohral detektor pixelových polí EMPAD (Electron Microscope Pixel Array Detector) využívajúci úplne nové a oveľa prepracovanejšie algoritmy 3D rekonštrukcie. Výsledkom tejto komplikovanej úlohy sú snímky zachytávajúce detaily na úrovni len jedného pikometra (1×10⁻¹²).

Snímky atómov pochádzajú z kryštálu praseodymium orthoscandate (PrScO3), ktorý je na nich až 100-miliónovkrát zväčšený. Odborníci sa pri vytváraní fotografií spoliehali na techniku známu ako elektrónová ptychografia, čo je výpočtová metóda mikroskopického zobrazovania, ktorá funguje tak, že generuje obrázky spracovaním koherentných interferenčných vzorov rozptýlených od pozorovaného objektu.

Inými slovami zariadenie niekoľkokrát „vystrelilo“ lúč elektrónov cez kryštál, pričom zakaždým z trochu inej polohy. Následne sa porovnali rôzne prekrývajúce sa vzory vytvorené rozptylom lúčov, čo pomohlo určiť tvar pozorovaného objektu.

Dôležité je spomenúť, že samotný detektor je mierne rozostrený, aby zachytil čo najširší rozsah dát. Tie sú neskôr rekonštruované prostredníctvom zložitých algoritmov, čo napokon vedie k vytvoreniu snímky s rozlíšením na úrovni pikometra.

Ako sme už uviedli vyššie, odborníci tvrdia, že snímky sa blížia k fyzickým limitom, čo znamená, že na ich vylepšenie sa dá už urobiť len veľmi málo. Do úvahy prichádzajú možnosti ako využitie ťažších a menej kmitajúcich atómov, prípadne schladenie vzorky na takmer absolútnu nulu.