Física: los científicos están tomando imágenes de átomos con la resolución más alta de la historia

Los investigadores batieron el récord de la imagen de mayor resolución jamás tomada para átomos individuales, creando una instantánea que se “amplía” unas 100 millones de veces.

Estas imágenes están afinadas, de hecho, que el ruido residual en la toma es solo un producto de la vibración térmica de los propios átomos.

El avance para el equipo de la Universidad de Cornell se basa en su récord anterior, registrado en 2018, que utilizó un nuevo detector para triplicar la resolución de un microscopio electrónico.

Sin embargo, esta configuración anterior era limitada porque solo podía fotografiar muestras muy delgadas, solo muestras delgadas.

Sin embargo, la introducción de un nuevo detector de matriz de píxeles, que incluye algoritmos de reconstrucción 3D más avanzados, ha permitido un factor de mejora.

El equipo explica que esto da como resultado una imagen que tiene una resolución al nivel de un micrómetro, o una billonésima parte de un metro.

Los investigadores batieron el récord de la imagen de mayor resolución jamás tomada para átomos individuales, creando una instantánea que se “amplía” unas 100 millones de veces, como se muestra en la imagen.

Usando estas imágenes

Según el equipo, la nueva tecnología de “impresión electrónica” podría encontrar diferentes aplicaciones.

Por ejemplo, podría permitir a los investigadores identificar esos átomos en materiales oscurecidos por otros métodos de imágenes en tres dimensiones, o identificar impurezas atómicas para un análisis más detallado.

La última aplicación podría ser de particular interés para la formación de imágenes de semiconductores, catalizadores y materiales cuánticos.

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Además, la tecnología también se puede utilizar para obtener imágenes de células o tejidos biológicos más gruesos, e incluso para escanear conexiones sinápticas en el cerebro, añaden los investigadores.

“No solo establece un nuevo récord”, dijo el autor e ingeniero David Mueller de la Universidad de Cornell en Nueva York.

Llegó a un sistema que en realidad sería el fin final de la solución. Básicamente, ahora podemos averiguar dónde están los átomos de una manera muy fácil.

Esto abre muchas nuevas posibilidades de escalado para las cosas que hemos querido hacer durante mucho tiempo.

“También resuelve un problema de larga data, deshacer la dispersión múltiple del haz en la muestra, que nos ha impedido hacer esto en el pasado”.

El método de imágenes que utilizó el equipo incluye una técnica llamada pticografía, en la que un rayo, que en este caso consiste en electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto interesante, aunque desde una ubicación ligeramente diferente cada vez.

Al comparar los diferentes patrones superpuestos formados por el haz disperso, el algoritmo puede reconstruir el objeto objetivo con gran precisión.

“ Estamos persiguiendo patrones de puntos que son muy similares a los patrones de puntero láser que fascinan a los gatos por igual ”, explicó el profesor Muller.

Al ver cómo ha cambiado el patrón, podemos calcular la forma del objeto que causó el patrón.

Con estos nuevos algoritmos, ahora podemos corregir todo el desenfoque de nuestro microscopio hasta el punto de que nuestro mayor factor de camuflaje es el hecho de que los átomos mismos están oscilando.

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Explicó que este movimiento es “lo que les sucede a los átomos a una temperatura finita”.

Cuando hablamos de temperatura, lo que realmente estamos midiendo es la velocidad promedio de cuánto vibran los átomos.

El método de imágenes que utilizó el equipo incluye una técnica llamada pticografía, en la que un rayo, que en este caso consiste en electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto interesante, aunque desde una ubicación ligeramente diferente cada vez.  Al comparar los patrones diferentes y superpuestos que componen el haz disperso, el algoritmo puede reconstruir el objeto objetivo con gran precisión.

El método de imágenes que utilizó el equipo incluye una técnica llamada pticografía, en la que un rayo, que en este caso consiste en electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto interesante, aunque desde una ubicación ligeramente diferente cada vez. Al comparar los patrones diferentes y superpuestos que componen el haz disperso, el algoritmo puede reconstruir el objeto objetivo con gran precisión.

El profesor Mueller agregó: “Queremos aplicar esto a todo lo que hacemos”.

Hasta ahora, todos hemos estado usando anteojos realmente malos. Y ahora tenemos un par realmente bueno.

“¿Por qué no quiere quitarse las gafas viejas, ponerse unas nuevas y usarlas todo el tiempo?”

Por ahora, el equipo ha reconocido que el método de obtención de imágenes requiere mucho tiempo y es computacionalmente exigente, pero los avances en las computadoras y el detector en el futuro tienen el potencial de acelerar el proceso.

Los resultados completos del estudio se han publicado en la revista Ciencias.

Empuje el récord aún más

En la foto: una imagen esquemática electrónica de los átomos tomada por los investigadores

En la foto: una imagen esquemática electrónica de los átomos tomada por los investigadores

Según los investigadores, es posible que vuelvan a superar su récord en un futuro próximo.

Esto podría implicar el uso de un material objetivo compuesto por átomos más pesados, que vibraría menos, lo que permitiría imágenes menos borrosas.

Alternativamente, también se puede lograr el mismo resultado enfriando la muestra actual, reduciendo su movimiento atómico.

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Sin embargo, indicaron que tales mejoras no serían significativas.

Incluso a temperatura cero, los átomos todavía tienen fluctuaciones cuánticas, lo que significa que hay un límite inherente a la cantidad de imágenes mejores que se pueden obtener.

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