Учёные из Корнеллского университета добились фотографий отдельных атомов с невиданной ранее резкостью: менее половины ангстрема (0,39 Å). Прежний рекорд составлял в два раза больше — 0,98 Å.
Спустя пятьдесят лет существуют электронные микроскопы, способные делать снимки отдельных атомов. Это возможно потому, что длина волны электрона значительно меньше диаметра среднего атома, в отличие от видимого света.
В электронных микроскопах аналогом линз, фокусирующих изображение, служит магнитное поле. Колебания его могут вызывать искажения изображения, которые корректируются дополнительными устройствами управления напряженностью магнитного поля. Однако это увеличивает сложность конструкции микроскопа.
Прошлым летом физики из Корнеллского университета предложили устройство EMPAD, заменяющее сложную систему генераторов и фокусирующих входящие электроны элементов. Это устройство представляет собой матрицу из 128х128 пикселей, чувствительных к отдельным электронам. Каждый пиксель регистрирует угол отражения электрона; зная его, ученые с помощью техники птайкографии восстанавливают характеристики электронов, включая координаты точки его испускания.
Далее исследователи прикрепили к подвижной балке пластину из двухмерного материала — сульфида молибдена MoS. 2Ученые направили пучки электронов на молибден, поворачивая балку под разными углами к источнику. С помощью EMPAD и птайкографии исследователи определили расстояния между атомами молибдена и получили изображение с разрешением 0,39 Å. «Мы создали самую маленькую в мире линейку», — говорит Сол Грюнер, один из авторов эксперимента. На изображении видны атомы серы, а также место, где одному атому серы не хватает (указано стрелочкой).
Этот метод отличается не только рекордным разрешением, но и относительно низким энергопотреблением электронов. Самые современные электронные микроскопы используют пучки электронов с энергией до 300 кЭв и достигают субангстемного разрешения — до 0,5 Å. Однако электроны такой высокой энергии подходят только для исследования очень прочных материалов. Двумерные материалы и биомолекулы разрушаются под воздействием высокоэнергетических частиц, поэтому возможность использования электронов с энергией на порядок ниже (80 кЭв в эксперименте физиков из Корнелльского университета) является очень ценной.
Описание эксперимента опубликовано в журнале Nature.