Em 2018, Os pesquisadores da Cornell construíram um detector de alta potência que, em combinação com um processo orientado por algoritmo chamado pticografia, estabeleceu um recorde mundial ao triplicar a resolução de um microscópio eletrônico de última geração.

Por mais bem sucedido que tenha sido, essa abordagem tinha uma fraqueza. Funcionou apenas com amostras ultrafinas com alguns átomos de espessura. Qualquer coisa mais espessa faria com que os elétrons se dispersassem de maneiras que não poderiam ser desemaranhadas.

Agora uma equipe, novamente liderado por David Muller, o professor de engenharia Samuel B. Eckert, superou seu próprio recorde por um fator de dois com um detector de matriz de pixel de microscópio eletrônico (EMPAD) que incorpora algoritmos de reconstrução 3D ainda mais sofisticados.

A resolução é tão ajustada, o único borrão que permanece é a agitação térmica dos próprios átomos.

O jornal do grupo, "Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations, "publicado em 20 de maio em Ciência . O autor principal do artigo é o pesquisador de pós-doutorado Zhen Chen.

"Isso não apenas estabeleceu um novo recorde, "Disse Muller." Chegou-se a um regime que será efetivamente o limite final para resolução. Basicamente, agora podemos descobrir onde estão os átomos de uma maneira muito fácil. Isso abre muitas novas possibilidades de medição de coisas que queríamos fazer há muito tempo. Ele também resolve um problema de longa data - desfazendo o espalhamento múltiplo do feixe na amostra, que Hans Bethe apresentou em 1928 - que nos impediu de fazer isso no passado. "

Ptychography funciona através da varredura de padrões de espalhamento sobrepostos de uma amostra de material e procurando por mudanças na região de sobreposição.

"Estamos perseguindo padrões de manchas que se parecem muito com os padrões de apontadores laser pelos quais os gatos são igualmente fascinados, "Muller disse." Ao ver como o padrão muda, somos capazes de calcular a forma do objeto que causou o padrão. "

O detector está ligeiramente desfocado, borrando o feixe, a fim de capturar a maior variedade de dados possível. Esses dados são então reconstruídos por meio de algoritmos complexos, resultando em uma imagem ultraprecisa com precisão de picômetro (um trilionésimo de metro).

"Com esses novos algoritmos, agora somos capazes de corrigir todo o embaçamento do nosso microscópio ao ponto que o maior fator de embaçamento que nos resta é o fato de que os próprios átomos estão oscilando, porque é isso que acontece com os átomos em temperatura finita, "Muller disse." Quando falamos sobre temperatura, o que estamos realmente medindo é a velocidade média de quanto os átomos estão balançando. "

Os pesquisadores poderiam bater novamente o recorde usando um material que consiste em átomos mais pesados, que balançam menos, ou resfriando a amostra. Mas mesmo em temperatura zero, átomos ainda têm flutuações quânticas, portanto, a melhoria não seria muito grande.

Esta última forma de pticografia eletrônica permitirá que os cientistas localizem átomos individuais em todas as três dimensões quando, de outra forma, poderiam estar ocultos usando outros métodos de imagem. Os pesquisadores também serão capazes de encontrar átomos de impureza em configurações incomuns e imaginá-los e suas vibrações, um por vez. Isso pode ser particularmente útil em semicondutores de imagem, catalisadores e materiais quânticos - incluindo aqueles usados ​​na computação quântica - bem como para analisar átomos nas fronteiras onde os materiais são unidos.

O método de imagem também pode ser aplicado a células ou tecidos biológicos espessos, ou mesmo as conexões de sinapses no cérebro - o que Muller chama de "conectômica sob demanda".

Embora o método seja demorado e exigente do ponto de vista computacional, ele poderia se tornar mais eficiente com computadores mais poderosos em conjunto com aprendizado de máquina e detectores mais rápidos.

"Queremos aplicar isso a tudo o que fazemos, "disse Muller, que co-dirige o Kavli Institute em Cornell for Nanoscale Science e co-preside a Força-Tarefa de Nanoscale Science and Microsystems Engineering (NEXT Nano), parte da iniciativa Radical Collaboration de Cornell. "Até agora, todos nós temos usado óculos realmente ruins. E agora temos um par muito bom. Por que você não quer tirar os óculos antigos, coloque os novos, e usá-los o tempo todo? "