Vào năm 2018, các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell đã chế tạo một máy dò công suất cao, kết hợp với quy trình dựa trên thuật toán được gọi Ptychography, để lập kỷ lục thế giới bằng cách tăng gấp ba lần độ phân giải của kính hiển vi điện tử hiện đại. Tuy nhiên, cách tiếp cận đó có một nhược điểm là nó chỉ hoạt động với các mẫu siêu mỏng. Bất cứ thứ gì có độ dày lớn hơn vài nguyên tử sẽ khiến các electron phân tán theo những cách không thể tách rời.
Giờ đây, nhóm nghiên cứu do Giáo sư kỹ thuật David Muller dẫn đầu đã phá kỷ lục của chính mình với máy dò mảng pixel trên kính hiển vi điện tử (EMPAD), kết hợp các thuật toán Ptychography tái tạo 3D thậm chí còn phức tạp hơn, cho phép tăng độ phân giải lên gấp bội. Nhờ đó, họ có thể xác định vị trí của các nguyên tử riêng lẻ trong cả ba chiều.
Ảnh chụp nguyên tử có độ giải cao nhất từ trước tới nay. Ảnh: Đại học Cornell.
Bức ảnh trên cho thấy các nguyên tử riêng lẻ trong một tinh thể praseodymium orthoscandate (PrScO3) được phóng to gấp 100 triệu lần bằng kỹ thuật chụp ảnh mới. Độ phân giải của nó đã được tinh chỉnh đến mức những điểm mờ nhòe còn sót lại chỉ là sự dao động nhiệt của chính nguyên tử, các tác giả của nghiên cứu nhấn mạnh trong báo cáo trên tạp chí Science.
"Điều này không chỉ thiết lập một kỷ lục mới mà còn đạt tới giới hạn cuối cùng. Về cơ bản, bây giờ chúng ta có thể tìm ra vị trí của các nguyên tử một cách dễ dàng. Nó mở ra nhiều khả năng đo lường hoàn toàn mới, giúp giải quyết một số vấn đề lâu nay trong vật lý", Muller chia sẻ.
Thuật toán Ptychography là một phương pháp tính toán của hình ảnh hiển vi. Nó hoạt động bằng cách xử lý nhiều mẫu giao thoa nhất quán - bị phân tán từ một đối tượng cụ thể - và tìm kiếm những thay đổi trong các vùng chồng chéo. Bằng cách xem mô hình thay đổi như thế nào, các nhà nghiên cứu có thể tái tạo hình dạng của vật thể gây ra mô hình đó.
Kỹ thuật mới đặc biệt hữu ích trong việc chụp ảnh chất bán dẫn, chất xúc tác và vật liệu lượng tử. Nó cũng có thể được áp dụng cho các tế bào hoặc mô sinh học dày, thậm chí là các kết nối khớp thần kinh trong não.
Đoàn Dương (Theo SciTech Daily)