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——中国科学院办院方针(zhen)

王一博 > 每日科学

原子观测分辨率提高两个数量级

有望用于生物医学、半导体、量子技术等领域

2020-05-26 科(ke)技日(ri)报 刘霞
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  据物理(li)学(xue)家组织网近(jin)日报(bao)道,美(mei)国(guo)科学(xue)家用电子(zi)显微镜(jing)像素阵列探测器(EMPAD)与(yu)更(geng)复杂的三维重(zhong)建算法相结合(he),将原子(zi)观测的分辨率提高了2个数量(liang)(liang)级(ji)并创下新纪(ji)录。借助新技(ji)术,科学(xue)家可以在三维空间中定(ding)位单个原子(zi),这对(dui)于观察(cha)半导体(ti)、催化(hua)剂和(he)量(liang)(liang)子(zi)材料来说非常(chang)重(zhong)要,且(qie)有望应用于生(sheng)物医(yi)学(xue)领域。

  2018年,康奈尔(er)大学(xue)的(de)大卫(wei)·穆勒(le)等人研制了一款高性能探测器,将当(dang)时最(zui)先(xian)进的(de)电(dian)子显微镜的(de)分辨率提(ti)高了3倍,创下当(dang)时最(zui)高纪录(lu)。尽(jin)管这种方法(fa)很成功,但(dan)它只(zhi)适(shi)用于仅几个原(yuan)子厚的(de)超薄样品(pin)。

  有鉴于(yu)此(ci),康奈尔大(da)学(xue)团(tuan)队用EMPAD结合更复杂(za)的(de)算法再次打破了(le)自己的(de)纪录(lu),主要(yao)研究人员为该校博士(shi)后(hou)陈震(音译)。相关论文发表于(yu)最新一期的(de)《科学(xue)》杂(za)志上。

  穆勒指出,借助新(xin)算法,他们(men)能纠正显微镜所有的(de)模糊(hu),将(jiang)精度提(ti)升(sheng)2个数(shu)量级,达(da)到皮米(万亿分之一米)级精度。

  穆勒(le)表示,最(zui)新研究创造了(le)新纪录,实际上已成为目前(qian)有效(xiao)观(guan)测的分辨率的上限。现在,他们(men)基本上可以(yi)用一种非(fei)常(chang)简单的方法(fa)找出原子的位置,这(zhei)让以(yi)前(qian)很(hen)多无法(fa)测量的事(shi)物变得可以(yi)测量。

  研究人员可以通(tong)过(guo)使(shi)用由较重原(yuan)子组(zu)成的(de)材料或通(tong)过(guo)冷却样品,再次刷新他们的(de)纪(ji)录。但即使(shi)在零温度下,原(yuan)子仍(reng)有量子涨落,因此,精度的(de)改善空间并不大(da)。

  陈(chen)震等人表示,新技(ji)术将使科学家能(neng)(neng)在三维空间(jian)中(zhong)(zhong)定位单个原(yuan)子,还(hai)能(neng)(neng)帮助他们(men)找到特殊结构中(zhong)(zhong)的杂质(zhi)原(yuan)子,并(bing)对这些原(yuan)子及其振动逐一成像,这对于给半导体、催化剂和(he)量子材(cai)料(包括量子计算(suan)(suan)中(zhong)(zhong)使用(yong)的材(cai)料)成像特别有用(yong)。新方(fang)(fang)法(fa)(fa)还(hai)能(neng)(neng)给较厚(hou)的生物(wu)细胞或(huo)组织,甚至(zhi)大脑内突(tu)触之间(jian)的连接成像。而且,虽然该方(fang)(fang)法(fa)(fa)耗时且计算(suan)(suan)量大,但采用(yong)功(gong)能(neng)(neng)更(geng)强大的计算(suan)(suan)机,并(bing)与机器学习(xi)和(he)效(xiao)(xiao)率更(geng)快的探测器相结合(he),可以提高效(xiao)(xiao)率。

打印 责任(ren)编辑:阎芳

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