スクリーンショットは、1億倍に拡大されたPrScO3結晶の画像を示しています。これは、電子プチコグラフィーを使用して取得されました
。2018年、コーネル大学の科学者は、プチコグラフィーと呼ばれるスキャン技術とともに、新しい世界記録を樹立する強力なデバイスを構築しました。彼らは当時世界最高の電子顕微鏡が許していたよりも高い解像度で原子を見ました。
研究者が成功したにもかかわらず、彼らのアプローチには重要な欠陥がありました。彼らの技術は、非常に薄い材料の層（数原子以下の厚さ）でのみ機能しました。より厚いサンプルは、電子が「散乱」するという事実につながり、どういうわけかそれらを分析することは不可能でした。
最近、DavidMullerが率いる専門家チームが独自の記録を更新しました。彼女は、さらに高い解像度で原子を見ることができる、さらに高度なメカニズムを作成しました。そして、原子自体の「温度ジャンプ」によって引き起こされるわずかな曇りだけが画像に残るほど高いです。
電子心理学が格子振動によって設定された原子分解能の限界を達成するというタイトルの研究者の研究は、5月20日にジャーナルScienceに掲載されました。
「これは単なる新しい世界記録ではありません」とミュラーは言います。 -すでに、落ち着いて原子を調べ、その位置を特定することができます。これにより、データを測定するための多くの新しい手法が開かれます。私たちが何年にもわたって達成したかったこと。また、私たちの発見は、多数の原子層からなる組織の研究に関する問題を解決します。」
新しい研究方法により、科学者は材料の個々の層を1つずつ調べることができました。このために、研究中のサンプルからの光を散乱させることによって得られた様々な画像のコンピュータ処理が使用されます。
「猫がレーザーポインターからの光を見るように、デバイスが検出する個々の移動粒子を観察します」とミューラー氏は言います。 「干渉パターンの階層化の領域で移動する粒子の動作を追跡することで、コンピューターを使用して、調査中のサンプルが原子レベルでどのように見えるかを計算できます。」
結果のデータは、高度なアルゴリズムを使用して再作成されます。これにより、最終的にはピコメートル（1兆分の1メートル）の解像度で画像を作成できます。
「このようなアルゴリズムを使用すると、過去に画像がぼやける原因となったほとんどすべての原因を取り除くことができます。まだ画像を少し濁らせているのは、温度変化による原子の移動性だけだとミューラー氏は言います。 「私たちが温度について話すとき、私たちは実際に原子がどれだけ震えるかについて話しているのです。」
研究者は、より重い原子（移動性が低い）を含む材料で実験したり、実験サンプルを冷却したりすると、再び自分の記録を破ることができます。しかし、温度がゼロの場合でも、原子は移動するため、画像の品質を大幅に向上させることはできません。
電子プチコグラフィーにより、科学者は、過去の場合のように2次元ではなく、3次元で個々の原子を追跡できるようになります。従来の顕微鏡では検出できない不純物を追跡することも可能です。これは、半導体、触媒、量子コンピューターの作成に使用されるものを含む量子材料を扱う場合や、さまざまな材料の接続の境界にある原子を研究する場合に特に役立ちます。さらに、同様の研究方法を使用して、脳内の細胞、生体組織、さらにはシナプスを研究することができます。
これまでのところ、ミューラーと彼の同僚の開発を使用することはコストがかかります。すべてのデータを分析し、このような高解像度で鮮明な画像を作成するには、多くの時間と非常に強力なコンピューターが必要です。しかし、研究者たちは、より強力なコンピューターと機械学習システムを使用して、この方法をより利用しやすくしたいと考えています。
「私たちはいつも非常に悪い眼鏡をかけているようでした」とミュラーは言います。「そして今、初めてのように、私たちは高品質の視度とのペアを与えられました。」
