物理学者は電子顕微鏡の解像度を0.04ナノメートルにしました

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ビデオ: 電子顕微鏡公開実験(1) 2022, 12月
物理学者は電子顕微鏡の解像度を0.04ナノメートルにしました
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新しい技術を使用して得られた二次元二硫化モリブデンの構造の画像

アメリカの物理学者は、透過型電子顕微鏡の新しい方法を開発し、得られた画像の最大解像度を0.039ナノメートルにしました。このために、さまざまな条件下で得られた多数の回折スペクトルから画像を再構成することを可能にするプチコグラフィー法が使用された。このアプローチを実装するために、科学者は電子ビームのエネルギーを削減し、少数の散乱電子を捕捉するための特別な検出器を作成しました。得られた画像の最大解像度は約2〜2であり、以前に電子顕微鏡を使用して得られたものの5倍であると科学者はNatureに書いています。

現代の顕微鏡技術は、個々の原子を容易に識別できる結晶表面の画像を取得することを可能にします。たとえば、原子間力顕微鏡では、先端が1原子の厚さの走査針を使用することで、個々の分子の画像を取得できるだけでなく、これらを移動させることもできる原子間力顕微鏡で原子分解能を実現できます。空間内の分子または個々の原子。結晶表面の最も詳細な画像を取得するための別のアプローチは、透過型電子顕微鏡法によるものです。最新の電子光学は、収差歪みの影響を取り除き、最大10分の1ナノメートル(これは1メートルの100億分の1)の解像度で画像を取得することを可能にします。

コーネル大学のDavidA。Mullerが率いるアメリカの物理学者のグループは、透過型電子顕微鏡の解像度を約2倍に上げることができました。これは、さまざまな撮影パラメータの下で得られた膨大な数の回折スペクトルからの一般的な画像の再構成に基づくプチコグラフィー技術の助けを借りて行うことができました。異なるスペクトルを取得する場合、まず、電子レンズの絞りのサイズ(電子ビームの幅を決定します)とサンプルが照射される電子のエネルギーが変更されます。 X線および紫外線光学系を使用して画像を取得するために同様のアプローチが使用されますが、これまで電子顕微鏡にそのように実装することはできませんでした。

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研究中の結晶に電子ビームを照射して二次元回折パターンを得るスキーム

このように画像を取得するには、多くの回折スペクトルを取得する必要があるため、サンプルを破壊しないためには、比較的低エネルギーの電子ビームを使用する必要があると著者らは述べています。たとえば、この研究では、最大80 keVのエネルギーを持つ電子が使用されました(最新の透過型顕微鏡では、電子ビームのエネルギーは300 keVに達します)。検出器には特別な要件も課せられており、非常に広範囲の強度で散乱電子の衝突を非常に迅速に記録する必要があります。その結果、回折スペクトルを非常に短時間で記録する必要があり、記録された電流がピクセルあたり0.3ピコアンペアを超えない場合があります。

この範囲の条件で機能するために、科学者は最大96パーセントの量子効率で電子を捕獲できる特別な検出器を開発しました。物理学者は、異常な湾曲構造を持つ二硫化モリブデンの2次元結晶で提案されたアプローチを使用する可能性をテストしました。分析中、1秒間に、約1,000の異なる回折スペクトルがサンプルから取得され、分析されて実際の画像に変換されました。得られた最大分解能は約0.039ナノメートルで、以前に得られたものの約2〜2.5倍優れていました。

同様の方法が最近、透過型電子顕微鏡を使用してホログラムを取得するためにドイツの科学者によって使用されました。その後、科学者たちは、信号位相の記録から別の2次元結晶(二セレン化タングステン)の結晶構造の画像を復元することもできましたが、結果の画像の解像度は低くなりました。

透過型電子顕微鏡法の最新の方法は、1オングストローム未満の解像度の画像を取得するだけでなく、3次元およびビデオ画像を記録することも可能にすることに注意する必要があります。このような顕微鏡のおかげで、科学者は結晶の欠陥の運動と成長、電磁界の振動、またはブラウンナノ粒子の拡散のプロセスを調査できます。

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