Em 2018, os pesquisadores de Cornell construa­ram um detector de alta potaªncia que, em combinação com um processo orientado por algoritmo chamado pticografia, estabeleceu um recorde mundial ao triplicar a resolução de um microsca³pio eletra´nico de última geração.

Por mais bem-sucedida que fosse, essa abordagem tinha uma fraqueza. Funcionou apenas com amostras ultrafinas com alguns a¡tomos de espessura. Qualquer coisa mais espessa faria com que os elanãtrons se dispersassem de maneiras que não poderiam ser desemaranhadas.

Agora, uma equipe, novamente liderada por David Muller, o professor de engenharia Samuel B. Eckert, superou seu pra³prio recorde por um fator de dois com um detector de matriz de pixels de microsca³pio eletra´nico (EMPAD) que incorpora algoritmos de reconstrução 3D ainda mais sofisticados.

A resolução étão ajustada que o aºnico borra£o que resta éa oscilação tanãrmica dos pra³prios a¡tomos.

O artigo do grupo, "Electron Ptychography Achieves Atomic-Resolution Limits Set by Lattice Vibrations", foi publicado nesta sexta-feira, 20, na Science . O autor principal do artigo éo pesquisador de pa³s-doutorado Zhen Chen.

"Isso não apenas estabeleceu um novo recorde", disse Muller. "Chegou a um regime que seráefetivamente o limite final para resolução. Basicamente, agora podemos descobrir onde estãoos a¡tomos de uma maneira muito fa¡cil. Isso abre um monte de novas possibilidades de medição de coisas que quera­amos por muito tempo. Ele também resolve um problema antigo - desfazer a dispersão maºltipla do feixe na amostra, que Hans Bethe estabeleceu em 1928 - que nos impedia de fazer isso no passado. "

Ptychography funciona atravanãs da varredura de padraµes de espalhamento sobrepostos de uma amostra de material e procurando pormudanças na regia£o de sobreposição.

"Estamos perseguindo padraµes de manchas que se parecem muito com os padraµes de apontadores laser pelos quais os gatos são igualmente fascinados", disse Muller. "Ao ver como o padrãomuda, somos capazes de calcular a forma do objeto que causou o padra£o."

O detector éligeiramente desfocado, borrando o feixe , a fim de capturar a maior gama de dados possí­vel. Esses dados são então reconstrua­dos por meio de algoritmos complexos, resultando em uma imagem ultraprecisa com precisão de pica´metro (um trilionanãsimo de metro).

"Com esses novos algoritmos, agora somos capazes de corrigir todo o embaa§amento de nosso microsca³pio a ponto de o maior fator de embaa§amento que nos resta éo fato de que os pra³prios a¡tomos estãooscilando, porque éisso que acontece com os a¡tomos em temperatura finita ", Disse Muller. "Quando falamos sobre temperatura, o que estamos realmente medindo éa velocidade média de quanto os a¡tomos estãobalana§ando."

Os pesquisadores poderiam bater novamente o recorde usando um material que consiste em a¡tomos mais pesados, que balana§am menos, ou resfriando a amostra. Mas mesmo na temperatura zero, os a¡tomos ainda tem flutuações qua¢nticas, então a melhoria não seria muito grande.

Esta última forma de pticografia eletra´nica permitira¡ que os cientistas localizem a¡tomos individuais em todas as trêsDimensões quando, de outra forma, poderiam estar ocultos usando outros manãtodos de imagem. Os pesquisadores também sera£o capazes de encontrar a¡tomos de impureza em configurações incomuns e imagina¡-los e suas vibrações, um de cada vez. Isso pode ser particularmente útil na geração de imagens de semicondutores, catalisadores e materiais qua¢nticos - incluindo aqueles usados ​​na computação qua¢ntica - bem como para analisar a¡tomos nas fronteiras onde os materiais são unidos.

O manãtodo de imagem também pode ser aplicado a células ou tecidos biola³gicos espessos, ou mesmo a s conexões de sinapses no cérebro - o que Muller chama de "conecta´mica sob demanda".

Embora o manãtodo seja demorado e exigente do ponto de vista computacional, ele poderia se tornar mais eficiente com computadores mais poderosos em conjunto com aprendizado de ma¡quina e detectores mais rápidos.

"Queremos aplicar isso a tudo o que fazemos", disse Muller, que codirige o Instituto Kavli em Cornell for Nanoscale Science e co-preside a Fora§a-Tarefa de Ciência em Nanoescala e Engenharia de Microsistemas (NEXT Nano), parte da iniciativa de Colaboração Radical de Cornell . "Atéagora, todos nosusamos a³culos muito ruins. E agora temos realmente um par muito bom. Por que vocênão iria querer tirar os a³culos antigos, colocar os novos e usa¡-los o tempo todo? "