La microscopía electrónica ha permitido a los científicos ver átomos individuales, pero incluso con esa resolución no todo está claro.

Las lentes de los microscopios electrónicos tienen imperfecciones intrínsecas conocidas como aberraciones, y correctores de aberraciones especiales - "como anteojos para su microscopio, "dijo David Muller, el Profesor Samuel B. Eckert de Ingeniería en el Departamento de Física Aplicada e Ingeniería (AEP) - se han desarrollado a lo largo de los años para corregir estos defectos.

Los correctores de aberraciones solo llegan hasta cierto punto, sin embargo, y corregir múltiples aberraciones, necesita un colector de elementos correctores en constante expansión. Es como ponerse gafas en gafas, se vuelve un poco difícil de manejar.

Muller - junto con Sol Gruner, el profesor de física John L. Wetherill, y Veit Elser, profesor de física - han desarrollado un método para lograr una resolución ultra alta sin la necesidad de "lentes correctivos" para su microscopio.

Han empleado su detector de matriz de píxeles de microscopio electrónico desarrollado por Cornell (EMPAD), que se presentó en marzo de 2017. Con él han logrado lo que Muller, codirector del Instituto Kavli de Cornell para la ciencia a nanoescala, dicho es un récord mundial de resolución de imágenes, en este caso utilizando disulfuro de molibdeno monocapa (un átomo de espesor) (MoS2).

Su logro se informa en "Ptychography Electron of 2-D Materials to Deep Sub-Ångström Resolution, "que se publicará el 19 de julio en Naturaleza . Los coautores principales fueron Yi Jiang, Doctor. '18 (física) y Zhen Chen, Investigador postdoctoral en el Grupo Muller.

Las longitudes de onda de los electrones son muchas veces más pequeñas que las de la luz visible, pero las lentes de microscopio electrónico no son proporcionalmente precisas.

Típicamente, Muller dijo:la resolución de un microscopio electrónico depende en gran parte de la apertura numérica de la lente. En una cámara básica, La apertura numérica es el recíproco del "número f":cuanto menor es el número, cuanto mejor sea la resolución.

En una buena camara el número f más bajo o "f-stop" puede ser un poco menos de 2, pero "un microscopio electrónico tiene un número f de aproximadamente 100, "Dijo Muller. Los correctores de aberraciones pueden reducir ese número a alrededor de 40, dijo, todavía no muy bien.

La resolución de imagen en microscopía electrónica se ha mejorado tradicionalmente aumentando tanto la apertura numérica de la lente como la energía del haz de electrones. que hace por el microscopio lo que la luz hace por una cámara o un microscopio óptico:ilumina al sujeto.

Los récords anteriores de resolución se lograron con una lente con corrección de aberración y energía de haz súper alto, 300 kiloelectronvoltios (keV), para obtener una resolución inferior a ångström. Los enlaces atómicos tienen generalmente entre 1 y 2 ångströms (Å) de largo (un ångström es de 0,1 nanómetros), por lo que una resolución inferior a ångström permitiría ver fácilmente átomos individuales. El grupo Muller pudo alcanzar una resolución de 0.39 Å, un nuevo récord mundial, y en un nivel más bajo, energía de haz menos dañina cuando la resolución de las lentes con corrección de aberración sola era de 0,98 Å.

El grupo de Muller utilizó el EMPAD y una técnica conocida como pticografía:a medida que el haz de electrones escanea la muestra, el detector recopila distribuciones tanto de posición completa como de momento de los electrones dispersos en pasos superpuestos. La imagen se reconstruye a partir del conjunto de datos de 4 dimensiones resultante.

El grupo utilizó una energía de haz de solo 80 keV para no destruir el MoS2. A pesar de la energía del haz bajo, la resolución con EMPAD es tan buena, el microscopio es capaz de detectar con asombrosa claridad un átomo de azufre faltante - "un defecto en la red, "Gruner dijo - en un material 2-D." Eso es asombroso para mí, " él dijo.

Con una capacidad de resolución más pequeña que el enlace atómico más pequeño, Se necesitaba un nuevo objeto de prueba para el método EMPAD. Yimo Han, Doctorado '18, y Pratiti Deb '16, del grupo de Muller, apilado dos hojas de MoS2, una hoja ligeramente torcida, de modo que los átomos de las dos hojas eran visibles a distancias que iban desde una longitud de enlace completa hasta estar uno encima del otro. "Es esencialmente la regla más pequeña del mundo, "Dijo Gruner.

El EMPAD, que se ha adaptado a microscopios en todo el campus, puede registrar una amplia gama de intensidades, desde la detección de un solo electrón hasta haces intensos que contienen cientos de miles o incluso un millón de electrones.

"La analogía que me gusta usar es, un coche viene hacia ti por la noche, "Gruner dijo." Y estás mirando las luces que vienen hacia ti, y puedes leer la matrícula entre ellos sin cegarte ".