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成像技术迎来突破,能够更为清晰地对半导体与量子材料进行分析
2021-06-03


[据军事嵌入网站2021528日报道]  美国康奈尔大学的研究人员们对其高倍显微镜做了改进;现在,用户能够以前所未有的分辨率观察原子,得出皮米(万亿分之一米)精度的超近距离图像。



相关背景如下:2018年,美国康奈尔大学研究人员研发出了一种高性能的探测器以及一种称为“叠层衍射成像”的算法驱动过程。由于他们将当时最先进的电子显微镜的分辨率提高了三倍,就创下了一项世界纪录。不过,采用这种方法只能观察仅有几个原子厚的超薄样品,再厚一点的样品都会因为电子散射而看不见具体图像。康奈尔大学的研究小组表示,叠层衍射成像的工作原理是:扫描材料样本中的重叠散射样式,并观察重叠区域的变化。



由美国康奈尔大学工程教授塞缪尔·B·贝克尔、大卫•马勒带领的一个团队通过采用那些使用了越来越先进的3D重建算法的电子显微镜像素阵列探测器,对先前的成果进行了双倍改进。用了这种新的算法后,该探测器就拥有了非常高清的分辨率,哪怕成像存在模糊之处也只能是因为原子本身的热抖动。



该研究小组在最新一期的《科学》杂志上发了一篇名为《电子叠层衍射成像已达到晶格振动的原子观测分辨率极限》的论文(主要作者是博士后研究员陈震)。根据此份论文,这种最新形式的电子叠层衍射成像方法让科学家们在所有三维空间中都能找到单个原子,而采用其他成像方法或许很难发现这些原子。



此外,研究人员们还能在不平常的结构中发现一些杂质原子,并单独对它们及其震动进行观察。他们表示,这或将有利于观察半导体、催化剂以及量子材料(包括用于量子计算的材料)的成像以及位于材料连接处的原子成像。



大卫•马勒表示:“叠层衍射成像方法不只是创造了一个新纪录。它已经成为了一种体系,是分辨率的最高限度。现在,我们基本可以轻松简单地找到原子。我们或许也能利用一些新的测量方法来完成一直都想做的一些事。此外,该方法还解决了一个长期存在的问题——消除样品中光束的多次散射(汉斯·贝特在1928年提出了该说法)——这在过去是无法做到的。”



大卫•马勒还表示:“有了这些新的算法,我们就能够对显微镜成像的所有模糊之处进行改正;哪怕成像存在模糊,也只能是因为原子本身在抖动,原子在一些特定温度就会出现这样的情况。说到温度,其实我们测量的是原子抖动的平均速度。”(国家工业信息安全发展研究中心  朱航琪)



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