[Научно-популярное, Физика] Ученые взглянули на атомы в рекордном разрешении (перевод)
Автор
Сообщение
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев
Сообщений: 27286
На скриншоте видно изображение кристалла PrScO3, увеличенное в 100 миллионов раз. Оно получено с помощью электронной птихографии
В 2018 году ученые из Корнелла построили мощное устройство, которое вкупе с техникой сканирования под названием птихография, позволило установить новый мировой рекорд. Они взглянули на атомы в более высоком разрешении, чем позволяли на тот момент лучшие в мире электронные микроскопы.
Несмотря на успех, которого добились исследователи, у их подхода был важный недостаток. Их методика работала только с очень тонкими слоями материалов (не более нескольких атомов в толщину). Любой более толстый образец приводил к тому, что электроны «рассеивались», и их невозможно было хоть как-то анализировать.
Недавно команда специалистов во главе с Дэвидом Мюллером (David Muller) побила собственный рекорд. Она создала еще более продвинутый механизм, позволяющий взглянуть на атомы в еще более высоком разрешении. Причем настолько высоком, что на изображении остается лишь небольшое помутнение, которое вызвано «температурными скачками» самих атомов.
Работа исследователей под названием Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations была опубликована в журнале Science 20 мая.
«Это не просто новый мировой рекорд, — отмечает Мюллер. — Уже сейчас мы можем спокойной разглядывать атомы и идентифицировать их местоположение. Это открывает множество новых методик измерения данных. То, чего мы хотели достичь на протяжении многих лет. Также наше открытие решает проблемы с исследованием тканей, состоящих из большого количество слоев атомов».
Новый метод исследования позволил ученым рассматривать отдельные слои материала один за другим. Для этого используется компьютерная обработка множества изображений, полученных при помощи рассеивания света от исследуемого образца.
«Мы наблюдаем за отдельными подвижными частицами, которые засекает наш прибор, как кошки наблюдают за огоньком от лазерной указки, — говорит Мюллер. — Отслеживая поведение подвижных частиц в области наслоения интерференционных картин, мы можем использовать компьютер и просчитать то, как выглядит исследуемый образец на атомарном уровне».
Полученные данные воссоздаются с помощью сложных алгоритмов, что в итоге позволяет создать изображение с разрешением в пикометр (одна триллионная метра).
«С такими алгоритмами мы можем устранить практически все причины, вызывавшие помутнения картинки в прошлом. Единственное, что все еще немного мутит изображение — подвижность атомов из-за изменений температуры, — отмечает Мюллер. — Когда мы говорим о температуре, мы фактически говорим о том, насколько сильно дрожат атомы».
Исследователи могут побить собственный рекорд снова, если используют для экспериментов материал с более тяжелыми атомами (они менее подвижны) или охладят действующий экспериментальный образец. Но даже при нулевой температуре атомы будут шевелиться, поэтому значительного прироста в качестве картинки достичь не получится.
Электронная птихография позволит ученым отслеживать отдельные атомы в трех измерениях, а не в двух, как это было раньше. Также появится возможность отслеживать те примеси, которые невозможно обнаружить, используя классические микроскопы. Это будет особенно полезно при работе с полупроводниками, катализаторами и квантовыми материалами, включая те, что используются при создании квантовых компьютеров, а также при изучении атомов на границах соединения различных материалов. Кроме того, подобный метод исследования можно будет использовать для изучения клеток, биологических тканей и даже синапсов в мозге.
Пока что использование разработок Мюллера и его коллег обходится дорого. Нужно много времени и очень мощный компьютер, чтобы проанализировать все данные и составить четкое изображение в таком высоком разрешении. Но исследователи надеются сделать метод доступнее с помощью более мощных компьютеров и систем машинного обучения.
«Все это время мы будто носили очень плохие очки, — говорит Мюллер. — И сейчас нам словно впервые выдали пару с качественными диоптриями».
оригинал
===========
Источник:
habr.com
===========
===========
Автор оригинала: David Nutt
===========Похожие новости:
- [Машинное обучение, Научно-популярное, Искусственный интеллект, Экология] Управляемый ИИ микроскопический аппарат собирает питательные вещества из клеток растений
- [Научно-популярное, Космонавтика, Мультикоптеры, Будущее здесь] «Индженьюити» выполнил шестой полет, во время которого чуть не случилась авария
- [Читальный зал, Научно-популярное, Биотехнологии, Экология] Откуда у рыб-клоунов белые полосы на теле?
- [Читальный зал, Научно-популярное] Какие блоги читают ИТишники
- [Машинное обучение, Научно-популярное, Искусственный интеллект, Здоровье] ИИ научили определять преждевременный выход из наркоза
- [Научно-популярное, Космонавтика] От воздушного старта — к многоразовой первой ступени. Часть 1. Текущее состояние
- [Научно-популярное, Физика, Химия, Экология] Учёные создали топливо из углекислого газа при помощи нетепловой плазмы
- [Занимательные задачки, Математика, Научно-популярное, Научная фантастика] Стивен Вольфрам: Будут ли у инопланетян такие же «числа»? (перевод)
- [Научно-популярное, Биотехнологии, Здоровье] Почему стоматология такая дорогая и полечить зубы можно по цене квартиры в регионе?
- [Научно-популярное, Мозг, Здоровье] Неприязнь к конкретным звукам объяснили особо прочными связями отделов мозга
Теги для поиска: #_nauchnopopuljarnoe (Научно-популярное), #_fizika (Физика), #_atomy (атомы), #_ptihografija (птихография), #_fizika (физика), #_timeweb, #_vysokoe_razreshenie (высокое разрешение), #_blog_kompanii_timeweb (
Блог компании Timeweb
), #_nauchnopopuljarnoe (
Научно-популярное
), #_fizika (
Физика
)
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 18:14
Часовой пояс: UTC + 5
| Автор | Сообщение |
|---|---|
|
news_bot ®
Стаж: 6 лет 9 месяцев |
|
 На скриншоте видно изображение кристалла PrScO3, увеличенное в 100 миллионов раз. Оно получено с помощью электронной птихографии В 2018 году ученые из Корнелла построили мощное устройство, которое вкупе с техникой сканирования под названием птихография, позволило установить новый мировой рекорд. Они взглянули на атомы в более высоком разрешении, чем позволяли на тот момент лучшие в мире электронные микроскопы. Несмотря на успех, которого добились исследователи, у их подхода был важный недостаток. Их методика работала только с очень тонкими слоями материалов (не более нескольких атомов в толщину). Любой более толстый образец приводил к тому, что электроны «рассеивались», и их невозможно было хоть как-то анализировать. Недавно команда специалистов во главе с Дэвидом Мюллером (David Muller) побила собственный рекорд. Она создала еще более продвинутый механизм, позволяющий взглянуть на атомы в еще более высоком разрешении. Причем настолько высоком, что на изображении остается лишь небольшое помутнение, которое вызвано «температурными скачками» самих атомов. Работа исследователей под названием Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations была опубликована в журнале Science 20 мая. «Это не просто новый мировой рекорд, — отмечает Мюллер. — Уже сейчас мы можем спокойной разглядывать атомы и идентифицировать их местоположение. Это открывает множество новых методик измерения данных. То, чего мы хотели достичь на протяжении многих лет. Также наше открытие решает проблемы с исследованием тканей, состоящих из большого количество слоев атомов». Новый метод исследования позволил ученым рассматривать отдельные слои материала один за другим. Для этого используется компьютерная обработка множества изображений, полученных при помощи рассеивания света от исследуемого образца. «Мы наблюдаем за отдельными подвижными частицами, которые засекает наш прибор, как кошки наблюдают за огоньком от лазерной указки, — говорит Мюллер. — Отслеживая поведение подвижных частиц в области наслоения интерференционных картин, мы можем использовать компьютер и просчитать то, как выглядит исследуемый образец на атомарном уровне». Полученные данные воссоздаются с помощью сложных алгоритмов, что в итоге позволяет создать изображение с разрешением в пикометр (одна триллионная метра). «С такими алгоритмами мы можем устранить практически все причины, вызывавшие помутнения картинки в прошлом. Единственное, что все еще немного мутит изображение — подвижность атомов из-за изменений температуры, — отмечает Мюллер. — Когда мы говорим о температуре, мы фактически говорим о том, насколько сильно дрожат атомы». Исследователи могут побить собственный рекорд снова, если используют для экспериментов материал с более тяжелыми атомами (они менее подвижны) или охладят действующий экспериментальный образец. Но даже при нулевой температуре атомы будут шевелиться, поэтому значительного прироста в качестве картинки достичь не получится. Электронная птихография позволит ученым отслеживать отдельные атомы в трех измерениях, а не в двух, как это было раньше. Также появится возможность отслеживать те примеси, которые невозможно обнаружить, используя классические микроскопы. Это будет особенно полезно при работе с полупроводниками, катализаторами и квантовыми материалами, включая те, что используются при создании квантовых компьютеров, а также при изучении атомов на границах соединения различных материалов. Кроме того, подобный метод исследования можно будет использовать для изучения клеток, биологических тканей и даже синапсов в мозге. Пока что использование разработок Мюллера и его коллег обходится дорого. Нужно много времени и очень мощный компьютер, чтобы проанализировать все данные и составить четкое изображение в таком высоком разрешении. Но исследователи надеются сделать метод доступнее с помощью более мощных компьютеров и систем машинного обучения. «Все это время мы будто носили очень плохие очки, — говорит Мюллер. — И сейчас нам словно впервые выдали пару с качественными диоптриями».  оригинал =========== Источник: habr.com =========== =========== Автор оригинала: David Nutt ===========Похожие новости:
Блог компании Timeweb ), #_nauchnopopuljarnoe ( Научно-популярное ), #_fizika ( Физика ) |
|
Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете голосовать в опросах
Вы не можете прикреплять файлы к сообщениям
Вы не можете скачивать файлы
Текущее время: 22-Ноя 18:14
Часовой пояс: UTC + 5