La captura de pantalla muestra una imagen del cristal PrScO3, ampliada 100 millones de veces. Se obtuvo mediante pticografía electrónica.En
2018, científicos de Cornell construyeron un poderoso dispositivo que, junto con una técnica de escaneo llamada pticografía, estableció un nuevo récord mundial. Observaron los átomos con una resolución más alta que la que permitían los mejores microscopios electrónicos del mundo en ese momento.
A pesar del éxito que han tenido los investigadores, hubo una falla importante en su enfoque. Su técnica funcionó solo con capas muy delgadas de materiales (no más de unos pocos átomos de espesor). Cualquier muestra más gruesa conducía al hecho de que los electrones se "dispersaban" y era imposible analizarlos de alguna manera.
Recientemente, un equipo de expertos dirigido por David Muller rompió su propio récord. Ella creó un mecanismo aún más avanzado que le permite mirar los átomos con una resolución aún mayor. Y tan alto que sólo queda una ligera neblina en la imagen, causada por los "saltos de temperatura" de los propios átomos.
El trabajo de los investigadores, titulado Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations, se publicó en la revista Science el 20 de mayo.
“Este no es solo un nuevo récord mundial”, dice Müller. - Ya ahora podemos examinar con calma los átomos e identificar su ubicación. Esto abre muchas técnicas nuevas para medir datos. Lo que hemos querido lograr a lo largo de los años. Además, nuestro descubrimiento resuelve los problemas con el estudio de los tejidos, que constan de una gran cantidad de capas de átomos ".
El nuevo método de investigación permitió a los científicos examinar capas individuales de material una por una. Para ello, se utiliza el procesamiento informático de una variedad de imágenes obtenidas mediante la dispersión de luz de la muestra en estudio.
“Observamos partículas individuales en movimiento que detecta nuestro dispositivo, como los gatos que miran la luz de un puntero láser”, dice Mueller. "Al rastrear el comportamiento de las partículas en movimiento en el área de capas de patrones de interferencia, podemos usar una computadora y calcular cómo se ve la muestra en estudio a nivel atómico".
Los datos resultantes se recrean utilizando algoritmos sofisticados, lo que finalmente le permite crear una imagen con una resolución de picómetro (una billonésima parte de un metro).
“Con tales algoritmos, podemos eliminar casi todas las causas que provocaron imágenes borrosas en el pasado. Lo único que aún enturbia un poco la imagen es la movilidad de los átomos debido a los cambios de temperatura, dice Mueller. "Cuando hablamos de temperatura, en realidad estamos hablando de cuánto tiemblan los átomos".
Los investigadores pueden volver a batir su propio récord si experimentan con material con átomos más pesados (son menos móviles) o enfrían una muestra experimental funcional. Pero incluso a temperatura cero, los átomos se moverán, por lo que un aumento significativo en la calidad de la imagen no funcionará.
La pticografía electrónica permitirá a los científicos rastrear átomos individuales en tres dimensiones, en lugar de dos, como era el caso en el pasado. También será posible rastrear aquellas impurezas que no se pueden detectar usando microscopios clásicos. Esto será especialmente útil cuando se trabaja con semiconductores, catalizadores y materiales cuánticos, incluidos los que se utilizan para crear computadoras cuánticas, así como cuando se estudian átomos en los límites de la conexión de varios materiales. Además, se puede utilizar un método de investigación similar para estudiar células, tejidos biológicos e incluso sinapsis en el cerebro.
Hasta ahora, utilizar los desarrollos de Mueller y sus colegas es costoso. Se necesita mucho tiempo y una computadora muy poderosa para analizar todos los datos y componer una imagen clara con una resolución tan alta. Pero los investigadores esperan hacer que el método sea más accesible con computadoras y sistemas de aprendizaje automático más potentes.
“Fue como si estuviéramos usando lentes muy malos todo este tiempo”, dice Müller. "Y ahora, como si fuera la primera vez, nos dieron un par con dioptrías de alta calidad".
