Нова технологія мікроскопічної зйомки дозволяє отримати високоякісні зображення на рівні атомів
При проведенні зйомки на атомарному рівні навіть крихітні руху зразка знятого матеріалу можуть призвести до спотворення і розмивання одержуваного зображення. І, на жаль, ці рухи практично неможливо запобігти. Дослідники з Університету Північної Кароліни розробили нову технологію мікрозйомки, яка дозволяє виміряти руху зразка і компенсувати їх пізніше при остаточній збірці, в результаті якої виходить високоякісне зображення. Розроблена технологія працює спільно з точковими залозками, електронними мікроскопами (Transmission Electron Microscopes, TEM), одним з небагатьох видів мікроскопів, які дозволяють отримувати зображення окремо взятих атомів речовини. Область, яку може охопити модернізований TEM-мікроскоп, має розмір до 25 нанометрів, а на проведення процедури зйомки потрібні десятки секунд часу.
Зразок знятого матеріалу впирається в тонкий прут із спеціального матеріалу, який розширюється чи зменшується відповідно з навіть найменшими змінами температури навколишнього середовища. Ці зміни габаритів прута практично непомітні для ока, ані для мікроскопа, але вони змушують пересуватися зразок матеріалу на якісь частки нанометра. Саме цей температурний дрейф, який компенсований таким нехитрим чином, є бичем традиційних технологій зйомки за допомогою TEM-мікроскопів, який призводить до значного спотворення результуючих зображень.
"Наш підхід дозволяє ефективно усунути ефекти впливу температурного дрейфу при проведенні досить тривалого процесу зйомки з допомогою TEM-мікроскопів" - розповідає доктор Джеймс Лебо (Dr. James LeBeau).
Крім компенсації температурного дрейфу з допомогою прута, дослідники запрограмували мікроскоп таким чином, що він постійно обертав напрямок, в якому він сканує зразок матеріалу. Одне зображення мікроскоп знімав, рухаючись зверху вниз, друге - рухаючись зліва направо, третє - від одного кута до іншому, і т.д. Кожен напрямок зйомки дозволило отримати зображення з відповідними спотвореннями, викликаними залишковим температурним дрейфом.
Після закінчення зйомки набір отриманих зображень завантажувався в спеціалізовану програму, яка, враховуючи особливості руху для кожного знімка, з високою точністю визначала напрямок і значення температурного дрейфу. Ці дані згодом були використані для проведення остаточної корекції вихідного знімка, який досить точно передає всі особливості структури досліджуваного матеріалу, дозволяючи вченим побачити навіть з'єднання між окремими атомами.
"Історично склалося так, що кожне нанорозмірне зображення супроводжувалося набором додаткових даних і довідкових матеріалів, які дозволяли з'ясувати величину температурного дрейфу для того, щоб можна було сказати наскільки сильно зображення було спотворено" - розповідає доктор Лебо, - "З нашим методом необхідність в цьому повністю відпадає. Це означає, що ми можемо взяти абсолютно будь-які зразки матеріалів, навіть ті, для яких не існує табличних довідкових даних, і дуже докладно вивчити їх внутрішню структуру. Така можливість є ключовим моментом для вивчення нових матеріалів і для розробки технологій управління фізичними властивостями цих матеріалів".