Ptychografický snímek dvou vrstev sulfidu molybdeničitého. Kredit: Cornell University.

Elektronová mikroskopie není vůbec špatná. Umožňuje nám vidět hluboko do mikrosvěta. Ale i elektronová mikroskopie má své stinné stránky a limity. Čočky elektronového mikroskopu mají vnitřní vady, optické chyby. Kvůli těmto vadám byly vyvinuty speciální korektory, něco jako „brýle“ pro mikroskop. Ani ty ovšem neřeší všechny optické problémy.

David Muller. Kredit: Cornell University.

David Muller z Cornellovy univerzity a jeho tým vyvinuli nový postup, jak dosáhnout ultravysokého rozlišení na elektronovém mikroskopu, aniž by tomu potřebovali „brýle“ pro mikroskop. Použili k tomu domácí, tedy na Cornellu zhruba před rokem vyvinutý detektor EMPAD (Electron microscope pixel array detector). Úsilí Mullerova týmu nakonec vedlo ke světovému rekordu v rozlišení snímku. Jejich úspěch publikoval časopis Nature.

Rozlišení snímku v elektronové mikroskopii se obvykle zlepšuje jednak zvýšením numerické apertury, čili účinné světelnosti čoček, a pak také zvýšením energie paprsku elektronů, který dělá to, co světlo v optickém mikroskopu – osvětluje zkoumaný objekt.

Dosavadní rekordy v rozlišení elektronového mikroskopu byly dosaženy s korektory na čočky mikroskopu a extra vysokou energií paprsku elektronů – 300 kiloelektronvoltů. S takovou výbavou se elektronové mikroskopy dostávaly až k hranici 1 ångströmu. Jeden ångström je přitom 0,1 nanometru. Vazby mezi atomy bývají dlouhé tak 1 až 2 ångströmy. S rozlišením pod 1 ångström je tedy možné pohodlně pozorovat jednotlivé atomy.

EMPAD (Electron microscope pixel array detector). Kredit: Cornell University.

Mullerův tým nakonec dosáhl rozlišení 0,39 ångströmu, což je nový světový rekord. Navíc k tomu stačí méně energetický paprsek elektronů, který je tím pádem méně drastický pro studovaný vzorek. Muller a spol. použili detektor EMPAD a metodu zvanou ptychografie, čili koherentní difrakční zobrazování.

Při pozorování Muller s kolegy využili paprsek elektronů o energii 80 keV, s jehož pomocí pozorovali dvě vrstvy populárního 2D materiálu sulfidu molybdeničitého. Navzdory nízké energii paprsku elektronů bylo rozlišení při zobrazování tak slušné, že při něm bylo možné pohodlně detekovat defekt v krystalové mřížce, který představoval scházející atom síry. S elektronovými mikroskopy a technologií EMPAD si vědci ještě nejspíš užijí hodně zábavy.

Video:  Bright Beams for Electron Microscopy


Literatura
Cornell University 18. 7. 2018, Nature 559: 343–349.