來源：科技新報 作者 Emma stein | 發布日期 2021 年 05 月 24 日 17:45 https://bit.ly/3yOMAfO 電子顯微鏡新算法讓解析度破紀錄，放大 1 億倍直接看見原子振動 拍照拍到接近物理極限是什麼感覺？康乃爾大學工程師團隊最近開發了一種新技術，強大 到將當今最先進電子顯微鏡的解析度再提高 2 倍，可在三個維度下直接觀察單個原子並 得到清晰圖像，唯一模糊的原因僅來自原子自身運動。該技術對於成像半導體、催化劑等 材料連接邊界處的原子將特別有用。 現在已經有越來越多智慧型手機或高級望遠鏡都配備高解析度相機，可以放大到甚至讓你 看見月球表面，然而這些都無法與康乃爾大學工程學教授 David Muller 團隊開發的電子 顯微鏡像素陣列偵測器（electron microscope pixel array detector，EMPAD）相提並 論。 2018 年時，團隊製造了這款高性能顯微鏡 EMPAD 並結合 ptychography 算法，直接讓電 子顯微鏡的解析度提高 3 倍拿下金氏世界紀錄，可測量至 0.039 奈米。當時研究人員之 一 Sol Gruner 開玩笑說，他總以為要在 5 分鐘內吃掉 40 個漢堡、或是靠一隻腳連續 站立幾天才能進入金氏世界紀錄，沒想到是藉由看到幾個原子拿到入場門票。 現在，該團隊結合一種更複雜的 3D 重建算法並掃描 PrScO3（praseodymium orthoscandate）晶體，將電子顯微鏡解析度世界紀錄再提高 2 倍，精度高到可以看見單 個原子和分子中的化學鍵，唯一造成模糊的原因只剩下原子晶格自身熱振動。 過去任何嘗試對單個原子進行成像的實驗多半拿出模糊圖像，就像戴著一副不合度數的眼 鏡看世界，但現在團隊技術已然精確到可在三個維度上定位單個原子，還能一次發現異常 結構中的雜質原子並對它們的振動成像， 此外，當年團隊只能成像僅幾個原子厚的極薄材料樣品，但新技術可成像更厚材料樣品（ 雖然再厚下去的話還是會失敗，因電子以無解的方式散射），除了對半導體、催化劑等材 料連接邊界處的原子成像有所幫助外，也能改善當今醫學成像，拍出更清晰的較厚生物組 織、大腦突觸連接等。 雖然要得到這種高精度圖像的過程依然相當耗時，但可以使用功能更強大的超級電腦並結 合新演算法來提高效率。 -- --

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