p A microscopia eletrônica permitiu que os cientistas vissem átomos individuais, mas mesmo com essa resolução nem tudo está claro. p As lentes dos microscópios eletrônicos têm imperfeições intrínsecas conhecidas como aberrações, e corretores de aberração especiais - "como óculos para o seu microscópio, "disse David Muller, o Samuel B. Eckert Professor de Engenharia no Departamento de Física Aplicada e Engenharia (AEP) - foram desenvolvidos ao longo dos anos para corrigir esses defeitos.

p Corretores de aberração só vão até certo ponto, Contudo, e para corrigir várias aberrações, você precisa de um coletor cada vez maior de elementos corretores. É como colocar óculos em óculos - torna-se um pouco pesado.

p Muller - junto com Sol Gruner, o professor de física John L. Wetherill, e Veit Elser, professor de física - desenvolveram um método para alcançar resolução ultra-alta sem a necessidade de "lentes corretivas" para seu microscópio.

p Eles empregaram seu detector de matriz de pixel de microscópio eletrônico desenvolvido pela Cornell (EMPAD), que foi lançado em março de 2017. Com ele, eles alcançaram o que Muller, co-diretor do Kavli Institute at Cornell for Nanoscale Science, dito é um recorde mundial para resolução de imagem - neste caso, usando dissulfeto de molibdênio (MoS2) em monocamada (um átomo de espessura).

p Sua realização é relatada em "Ptychography de Electron of 2-D Materials to Deep Sub-Ångström Resolution, "a ser publicado em 19 de julho em Natureza . Os co-autores principais foram Yi Jiang, Ph.D. '18 (física) e Zhen Chen, pesquisador de pós-doutorado no Grupo Muller.

p Os comprimentos de onda dos elétrons são muitas vezes menores do que os da luz visível, mas as lentes do microscópio eletrônico não são proporcionalmente precisas.

p Tipicamente, Muller disse, a resolução de um microscópio eletrônico depende em grande parte da abertura numérica da lente. Em uma câmera básica, a abertura numérica é o recíproco do "número f" - quanto menor o número, melhor será a resolução.

p Em uma boa câmera, o menor número f ou "f-stop" pode estar um pouco abaixo de 2, mas "um microscópio eletrônico tem um número f de cerca de 100, ", Disse Muller. Os corretores de aberração podem reduzir esse número para cerca de 40, ele disse - ainda não é ótimo.

p A resolução da imagem em microscopia eletrônica tem sido tradicionalmente melhorada aumentando a abertura numérica da lente e a energia do feixe de elétrons, que faz pelo microscópio o que a luz faz por uma câmera ou um microscópio óptico - ilumina o assunto.

p Registros anteriores para resolução foram alcançados com uma lente corrigida de aberração e energia de feixe superalta - 300 kiloeletronvolts (keV) - para obter resolução sub-ångström. As ligações atômicas têm geralmente entre 1 e 2 ångströms (Å) de comprimento - um ångström tem 0,1 nanômetro - então a resolução sub-ångström permitiria ver facilmente os átomos individuais. O grupo Muller foi capaz de alcançar uma resolução de 0,39 Å - um novo recorde mundial - e em um menor, energia de feixe menos prejudicial onde a resolução das lentes corrigidas de aberração sozinha foi de 0,98 Å.

p O grupo de Muller usou o EMPAD e uma técnica conhecida como pticografia:à medida que o feixe de elétrons varre a amostra, o detector coleta as distribuições de posição completa e de momento dos elétrons espalhados em etapas sobrepostas. A imagem é reconstruída a partir do conjunto de dados 4-dimensional resultante.

p O grupo usou uma energia de feixe de apenas 80 keV para não destruir o MoS2. Apesar da baixa energia do feixe, a resolução usando EMPAD é tão boa, o microscópio é capaz de detectar com clareza surpreendente um átomo de enxofre ausente - "um defeito na rede, "Gruner disse - em um material 2-D." Isso é surpreendente para mim, " ele disse.

p Com uma capacidade de resolução menor do que a menor ligação atômica, um novo objeto de teste para o método EMPAD era necessário. Yimo Han, Ph.D '18, e Pratiti Deb '16, do grupo de Muller, empilhou duas folhas de MoS2, uma folha ligeiramente torta, de modo que os átomos das duas folhas eram visíveis a distâncias que variavam de um comprimento total de ligação à parte uma sobre a outra. "É essencialmente o menor governante do mundo, "Gruner disse.

p O EMPAD, que foi adaptado em microscópios em todo o campus, pode registrar uma ampla gama de intensidades - desde a detecção de um único elétron até feixes intensos contendo centenas de milhares ou mesmo um milhão de elétrons.

p "A analogia que gosto de usar é, um carro está vindo para você à noite, "Gruner disse." E você está olhando para as luzes vindo em sua direção, e você pode ler a placa entre eles sem ficar cego. "