電子顯微鏡的觀測極限大約200nm

康乃爾大學的一個工程師團隊開發了一種新的顯微鏡技術,這種技術強大到足以在三維空間中識別單個原子,並創造出清晰的圖像,甚至還可以看到原子的運動模式。人類使用各種顯微鏡觀察的極限就是原子,對尺度極小的原子核和電子還無法觀察到,光學顯微鏡的觀測是很有限的,電子顯微鏡的觀測極限大約200nm,這個尺度是看不到單個原子的,比如氫原子的直徑大約0.1nm,而唯有隧道掃描顯微鏡和原子力顯微鏡,可以探測到單個原子大小的尺度,兩者原理很相似,只是隧道掃描顯微鏡檢測的是量子隧道效應中電子的流失,原子力顯微鏡檢測的是原子間的相互作用力。

現在已經可以看到原子的振動

不過根據近日發表在《科學》(Science)雜誌上的研究,科學家推出新的一項技術依靠著電子顯微鏡和複雜的3D重建算法,不僅創下了原子分辨率的新紀錄。研究人員甚至還誇讚:「這可能是目前最好的顯微鏡。」

該研究的作者以及康乃爾大學的工程師戴維·穆勒在一份新聞稿中說:「這不僅創下了新紀錄還達成了一個有效的解決方案,我們現在基本上可以很簡單地找出原子的位置,這為我們長期以來一直想做的研究開闢了許多新的測量可能性。」

在過去對單個原子進行成像和研究的結果都是非常模糊的,因為技術的限制很難達到精確的圖像,但是現在科學家們已經可以看到原子的振動,而圖像中的模糊就是原子在震動的證明,更是其顯微鏡技術進步的里程碑。

改善醫學成像技術

穆勒在發佈會上說:「有了這項新技術,我們已經能夠調整顯微鏡的模糊因子,最大的模糊因素就是原子本身在搖擺,這也是原子在有限溫度下所會發生的情況。」

之前的原子顯微鏡紀錄實際上也是由同一個團隊在2018年時所發明出來的,但當時他們只能拍攝到幾個原子的樣本,然而現今的技術讓他們允許他們取得更真實的原子樣本,甚至可以用於改善醫學成像。

穆勒在新聞稿中說:「我們希望將此應用於我們做的所有事情,讓科學界再次突破先前紀錄達到高峰。」

圖片來源:futurism

資料來源:DAN ROBITZSKI(2021,MAY 21).NEW MICROSCOPE TECHNIQUE POWERFUL ENOUGH TO WATCH ATOMS VIBRATE. Futurism

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