美国媒体:最高分辨率显微镜问世

据美国《大众科学》月刊网站6月7日报道,一群物理学家离科学家眼中的物体能被放大的极限又近了一步。该团队此前就保持着用显微镜实现的最高分辨率的世界纪录。他们发表在美国《科学》周刊上的论文进一步缩小了离极限的距离。

论文作者之一、美国康奈尔大学物理学家戴维·马勒说:“这是人类历史上分辨率最高的成像方式。”

报道称,为不断接近显微镜分辨率的极限,康奈尔大学的物理学家选择了一条鲜有人走的道路:他们彻底弃用镜片,转而向一个物体发射电子,然后观察它们如何散射。

报道还称,这些电子飞行时,上述物体的原子会使轰击电子偏离轨道,让它们在物体远端弯曲形成一个图像。通过从多个位置向一个物体发射电子,可以拍下大量图像。借助现代计算机,可以将这些图像拼接在一起、重构该物体的微观图像。

这种做法被称为叠层衍射成像技术。上述论文的另一名作者、美国阿尔贡国家实验室的物理学家江屹(音)说,半个世纪以来,科学家一直从理论角度谈论电子叠层衍射成像,但直到最近5年,这种技术才真正具备可行性。

一方面,科学家过去手里没有能精确定位足够多电子的落点的探测器。另一方面,电子特别容易被胡乱地抛向各个方向,甚至在单个原子的作用下就会发生这种情况。即使借助现代计算机也很难厘清电子散射路径。因此,当涉及分辨率纪录时,像差校正器遥遥领先于叠层衍射成像技术。

但康奈尔大学团队认为,人类有望实现电子叠层衍射成像技术。到21世纪10年代中期,他们已研发出最先进的电子探测器。为此,他们借鉴了X射线科学家的算法。他们还通过调低电子束强度和尽可能锉薄物体来简化这个问题。

2018年,这种做法奏效了。康奈尔大学团队击败像差校正器,实现了有史以来最高的显微镜分辨率,并创造了一项吉尼斯世界纪录。

当然,这不是一种完全可靠的方法。马勒说:“我们所能做的就是,使用只有一两个原子厚的材料。”

但该团队想知道能否进一步提高分辨率。他们有能做到这一点的设备,但需要用计算机来厘清电子烦人的散射路径。归根结底,他们需要奋力解决一个80年来一直没有得到解决的物理学问题。

报道称,康奈尔大学团队花了3年时间来修改算法。

结果呢?他们打破了自己保持的世界纪录,新实现的分辨率是原来的两倍。

未参与撰写这篇论文的阿尔贡国家实验室计算科学家马修·约瑟夫·切鲁卡拉说:“这篇论文是一项里程碑。它展示了先进算法和计算在突破和超越显微镜物理局限方面的威力。”

来源:参考消息网

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