Sebuah tim ilmuwan internasional telah menyempurnakan metode ptychography untuk mendekati keterbatasan fisik resolusinya. Dalam gambar yang mereka terima, atom individu terlihat, dan beberapa distorsi disebabkan oleh getaran termal mereka.
Setelah mencapai batas resolusi metode pengukuran modern, tim ilmuwan bekerja di bawah arahan David A. Muller. Profesor teknik dari Cornell University (AS) inilah yang mencatat rekor sebelumnya di bidang ini tiga tahun lalu. Sebuah artikel yang menjelaskan karya fisikawan Amerika, Swiss, dan Jerman dimuat di jurnal Science of American Association for the Advancement of Science (AAAS). Karena publikasi ditutup, gambar-gambar menakjubkan, yang sayangnya, sebagian besar hanya dapat dipahami oleh para profesional, dapat dilihat di pracetak karya ilmiah di portal arXiv.
Ptychography memungkinkan atom individu untuk dibedakan lebih jelas daripada cara lain, termasuk kekuatan atom dan mikroskop tunneling scanning. Yang terpenting, metode ini "melihat" ke dalam struktur zat yang diteliti, dan tidak hanya memindai permukaannya. Secara sederhana, prinsip ptychography dapat digambarkan sebagai berikut. Sebuah elektron sedikit tidak fokus atau berkas sinar-X diarahkan pada sampel. Di belakang objek yang disinari ada penerima di mana pola interferometrik elektron atau foton terbentuk.
Menganalisis sinyal yang diterima, komputer mengembalikan posisi atom yang telah dibelokkan foton atau elektron. Terlepas dari semua perbaikan, metode ini masih memiliki beberapa keterbatasan yang signifikan. Misalnya, ketebalan sampel yang diteliti belum melebihi beberapa puluh nanometer. Semakin besar, semakin kuat komputer yang dibutuhkan untuk menganalisis sinyal dan mengembalikan gambar, serta semakin kuat noise dan distorsi di dalamnya. Namun, tim Mueller tidak berkecil hati dan sudah membayangkan beberapa cara untuk lebih meningkatkan teknologi.
Dalam percobaan terakhir mereka, di mana mereka mendekati batas teoritis ptychography, fisikawan menggunakan berkas elektron yang diarahkan pada sudut yang berbeda ke kristal PrScO3 tipis. Gambar yang dihasilkan, yang diperoleh oleh para ilmuwan, dengan jelas menunjukkan struktur tiga dimensi perovskit, yang terdiri dari atom praseodymium, skandium, dan oksigen. Sebagai perbandingan, karya ini memberikan beberapa contoh ilustratif dari studi serupa dengan metode visualisasi lainnya.
Seperti yang ditunjukkan Mueller, pekerjaan rekan-rekannya seperti membeli kacamata baru setelah selalu memakai lensa yang sangat lemah. Para ilmuwan sekarang bersemangat untuk menggunakan ptychography yang ditingkatkan pada berbagai objek - dari kristal semikonduktor (untuk menemukan kekurangan di dalamnya) hingga neuron hidup (untuk mempelajari proses submolekul dalam jaringan saraf). Selain memperluas daftar sampel yang akan ditempatkan oleh fisikawan di bawah "mikroskop" baru, mereka berpikir untuk memperluas kemampuan metode ini.
Pertama-tama, ada cara yang jelas untuk meningkatkan resolusi - untuk mengambil sampel dari atom seberat mungkin dan mendinginkannya hingga suhu mendekati nol mutlak. Tetapi jika antara hasil 2018 dan pekerjaan saat ini, perbedaan kejelasan gambar hampir dua kali lipat, maka pendinginan tidak akan lagi memberikan peningkatan seperti itu. Selain itu, superkomputer dan jaringan saraf dapat digunakan untuk mempercepat perhitungan data yang diterima oleh penerima radiasi. Peningkatan terakhir tidak mungkin meningkatkan resolusi metode, tetapi akan memungkinkan pemindaian struktur yang lebih besar.