美國康奈爾大學(xué)的 David Muller團(tuán)隊(duì)捕捉到了迄今為止最高分辨率的原子圖像，一舉打破了其在2018年創(chuàng)下的紀(jì)錄。相關(guān)論文2021年5月21日刊登于《科學(xué)》。

   研究團(tuán)隊(duì)使用疊層成像技術(shù)，用X射線照射鈧酸鐠晶體，然后利用散射電子的角度來計(jì)算散射它們的原子的形狀。在發(fā)射電子之后，電子束以無限小的速率運(yùn)動，因此它們每次都會以相似的角度擊中樣品——有時(shí)候電子會不留痕跡地通過，而有時(shí)候它們會擊中原子，并且在離開樣品時(shí)在其內(nèi)部四處彈射。

   研究人員把這項(xiàng)技術(shù)比作與站在黑暗中的對手玩躲避球。躲避球是電子，而目標(biāo)是單個(gè)原子。盡管看不到具體目標(biāo)，但依靠先進(jìn)的探測器，研究人員可以看到“躲避球”的最終位置。根據(jù)數(shù)十億電子生成的斑點(diǎn)圖案，機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以計(jì)算出原子在樣品中的位置以及它們可能的形狀。

   這張新圖像的分辨率是Muller團(tuán)隊(duì)在2018年拍攝的原子放大圖像的兩倍，而后者的分辨率是當(dāng)時(shí)其他使用不同技術(shù)拍攝的圖像的3倍。

   2018年，Muller團(tuán)隊(duì)使用一種2D材料來限制在較厚材料中發(fā)生的電子散射量，這種散射使人們難以分辨電子是從哪里來的。而如今他們開發(fā)了一些非常有效的算法，然后修改了電子散射，進(jìn)而能夠解開這種多次散射難題。

   這些進(jìn)步使得研究團(tuán)隊(duì)能夠觀察更稠密的原子樣本，并獲得更好的分辨率。據(jù)了解，這種最新形式的電子疊層成像分析技術(shù)使科學(xué)家可以在所有三個(gè)維度上定位單個(gè)原子。研究人員還將能夠一次發(fā)現(xiàn)異常結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)原子，并對它們及其振動進(jìn)行成像。

   這種高分辨率成像技術(shù)對于開發(fā)下一代電子設(shè)備至關(guān)重要。例如，研究人員正在尋求對硅基計(jì)算機(jī)芯片的超越，以期研究出更高效的半導(dǎo)體。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工程師們需要從原子層面上了解他們的研究對象，這意味著他們需要利用到諸如電子疊層成像這樣的技術(shù)。而擁有了這些工具，就能夠幫工程師們優(yōu)化那些可能用于構(gòu)建下一代設(shè)備的新材料。■