Wetenschappers zijn erin geslaagd om individuele atomen in recordhoge resolutie vast te leggen

Een internationaal team van ingenieurs is erin geslaagd om de ptychografie-methode aanzienlijk te verbeteren en dit maakte het mogelijk om heel dicht bij de fysieke beperkingen van de resolutie te komen. In het op deze manier verkregen beeld bleken de afzonderlijke atomen behoorlijk gedetailleerd te zijn. En de aanwezige vervormingen worden verklaard door de aanwezigheid van thermische trillingen.

Individuele atomen in het PrScO3-kristalrooster, dat een perovskietstructuur heeft / © Cornell University

Nieuwe onderzoeksmethode en de resultaten ervan

Een internationale groep wetenschappers, die de grenzen van de resolutie van moderne meetmethoden heeft bereikt, werkte onder leiding van D. Müller.

Het was deze eminente wetenschapper van de Cornell University (VS) die drie jaar geleden het vorige record op dit gebied vestigde.

Wat is ptychografie

Dus ptichoraphy stelt je in staat om individuele atomen veel duidelijker te onderscheiden in vergelijking met andere bestaande methoden, waaronder atoomkracht en scanning tunneling microscopen.

Het meest opmerkelijke is dat het de ptychografie-methode is die het niet alleen mogelijk maakt om het oppervlak van het bestudeerde object te onderzoeken, maar letterlijk "in de structuur van het bestudeerde materiaal te kijken".

In vereenvoudigde vorm wordt deze methode als volgt beschreven:

Een licht gedefocuste elektronenstroom of röntgenstraling wordt op het bestudeerde materiaal gericht. Een speciale ontvanger wordt achter het te bestuderen object geplaatst, waarop een interferometrische afbeelding wordt gevormd uit zowel fotonen als elektronen.

Door het ontvangen signaal te verwerken, herstelt de computer de oorspronkelijke locatie van de atomen die verantwoordelijk zijn voor de afbuiging van elektronen en fotonen.

Ondanks het feit dat wetenschappers enorm veel werk hebben verzet om de onderzoeksmethode te verbeteren, heeft het nogal ernstige beperkingen.

De dikte van het bestudeerde object mag enkele tientallen nanometers niet overschrijden. Immers, hoe dikker het te bestuderen object, hoe krachtiger een computer nodig is om het beeld te herstellen.

Bovendien, met een toename van de dikte van het object dat wordt bestudeerd, nemen vervorming en ruis toe, wat de helderheid van het beeld aanzienlijk vermindert.

Wat wetenschappers overwogen?

In een wetenschappelijk experiment hebben wetenschappers een gedetailleerd onderzoek gedaan naar een dun PrScO3-kristal. Dus op de gereconstrueerde afbeeldingen die met de bovenstaande methode waren verkregen, konden wetenschappers een duidelijke structuur van perovskiet waarnemen, die bestaat uit praseodymium-, scandium- en zuurstofatomen.

Zelf vergeleek Mueller het werk van de ingenieurs met de aanschaf van een nieuwe bril. Toen je heel lang liep met onvoldoende sterke lenzen en dan op een mooi moment een goede bril kocht en uiteindelijk alles met verbazingwekkende helderheid zag.

Wetenschappers hebben de resultaten van hun onderzoek gedeeld op de pagina's van het tijdschrift Wetenschapen ook op de portal arXiv.

Wetenschappers kijken er nu al naar uit om hun studiemethode te testen op andere materialen (van halfgeleiders tot neuronen). Daarnaast bekijken wetenschappers ook de mogelijkheid om de duidelijkheid van hun methode verder te verbeteren.

Vond je het materiaal leuk? Steek dan je vinger op en abonneer je op het kanaal. Dank u voor uw aandacht!