Физики сфотографировали наночастицу золота с атомным разрешением

С момента появления первых оптических микроскопов в конце 16 века человечество изобрело несколько новых методик наблюдения за микромиром. Во второй половине 20 века и в начале текущего столетия были разработаны несколько методов, использующих пучок электронов для просвечивания образца и получения изображения. Лучшие современные просвечивающие электронные микроскопы (TEM) способны достигать разрешения в доли ангстрема (1 ангстрем равен 0,1 нанометра).

Группа физиков под руководством Цзянь-вэй Мяо (Jianwei Miao) из университета штата Калифорния в Лос-Анджелесе (США) приспособила другой вид таких устройств, растровых просвечивающих электронных микроскопов (STEM), для наблюдения за отдельными атомами в наночастице из однородной материи.

Как отмечают ученые, сегодня максимальное разрешение микроскопов этого типа составляет примерно 1 нанометр при получении трехмерных изображений. Для сравнения, типичный размер атома достигает 0,6-2 ангстрем, то есть точность этих микроскопов недостаточна для получения четких изображений отдельных атомов.

Мяо и его коллеги ликвидировали этот недостаток при помощи специальной методики наблюдений и обработки полученных данных, известный среди ученых под названием "равноскошенной томографии".

Согласно этой методике, исследователь должен найти центр массы у исследуемого образца, разместить его на рабочей поверхности микроскопа и получить серии снимков, последовательно наклоняя образец в ту или другую сторону, каждый раз увеличивая угол наклона на одно и то же значение. Затем эти снимки обрабатываются на компьютере при помощи специального математического алгоритма и объединяются в трехмерную картинку.

Авторы статьи проверили работу своей методики, получив трехмерное изображение частицы золота диаметром в 10 нанометров. По словам ученых, им удалось достичь средней разрешающей способности в 2,4 ангстрема, чего было достаточно для появления четких изображений атомов в отдельных сегментах виртуальной наночастицы.

Кроме того, Мяо и его коллеги смогли изучить структуру самой частицы и подтвердили, что основой ее формы является икосаэдр - правильный двадцатигранник. По словам физиков, точность и разрешение таких наблюдений можно легко улучшить, если добавить в используемый ими STEM-микроскоп систему, подавляющую искажения в потоке электронов.