Et voici ma première
traduction de :’’ Researchers see atoms at record resolution
by David Nutt, Cornell University
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Les chercheurs voient les atomes à un niveau de résolution record
par David Nutt, Université Cornell
Cette image montre une reconstruction 2D électronique d'un cristal d'orthoscandate de praséodyme (PrScO3), zoomée 100 millions de fois. Crédit: Université Cornell
En 2018, les chercheurs de Cornell ont construit un
détecteur de haute puissance qui, combiné à un processus basé sur un algorithme
appelé ptychographie, a établi un record du monde en triplant la résolution
d'un microscope électronique de pointe.
Aussi réussie qu'elle ait été, cette approche présentait une faiblesse. Cela ne fonctionnait qu'avec
des échantillons ultra-minces de quelques atomes d'épaisseur. Tout ce qui est
plus épais entraînerait la dispersion des électrons d'une manière qui ne pourrait
pas être démêlée.
Aujourd'hui, une équipe, à nouveau dirigée par David Muller,
professeur d'ingénierie Samuel B.Eckert, a battu son propre record par un
facteur de deux avec un détecteur à matrice de pixels au microscope
électronique (EMPAD) qui intègre des algorithmes de reconstruction 3D encore
plus sophistiqués.
La résolution est si fine que le seul flou qui subsiste est le tremblement thermique des atomes
eux-mêmes.
L'article du groupe, «La ptychographie électronique atteint
les limites de résolution atomique fixées par les vibrations de reseau», publié
le 20 mai dans Science. L'auteur principal de l'article est le chercheur
postdoctoral Zhen Chen.
"Cela n’établit pas seulement un nouveau record",
a déclaré Muller. "Il a atteint un régime qui va effectivement être une
limite ultime pour la résolution. Nous pouvons maintenant déterminer où se
trouvent les atomes d'une manière très simple. Cela ouvre un tas de nouvelles
possibilités de mesure des choses que nous voulions connaitre. Cela résout
également un problème de longue date - l'annulation de la diffusion multiple du
faisceau dans l'échantillon, que Hans Bethe a établi en 1928 - qui nous a
empêchés de le faire dans le passé. "
La ptychographie fonctionne en scannant des motifs de
diffusion qui se chevauchent à partir d'un échantillon de matériau et en
recherchant les changements dans la région de chevauchement.
"Nous recherchons des motifs de mouchetures qui
ressemblent beaucoup à ces motifs de pointeur laser qui fascinent également les
chats", a déclaré Muller. "En voyant comment le motif change, nous
sommes en mesure de calculer la forme de l'objet qui a causé le motif."
Le détecteur est légèrement défocalisé, brouillant le
faisceau, afin de capturer la plus large gamme de données possible. Ces données
sont ensuite reconstruites via des algorithmes complexes, ce qui donne une
image ultra précise avec une précision au picomètre (un millionième de mètre).
«Avec ces nouveaux algorithmes, nous sommes maintenant en
mesure de corriger tout le flou de notre microscope au point que le plus grand
facteur de flou qui nous reste est le fait que les atomes eux-mêmes vacillent,
car c'est ce qui arrive aux atomes à température finie. », A déclaré Muller.
"Lorsque nous parlons de température, ce que nous mesurons en fait, c'est
la vitesse moyenne de la vibration des atomes."
Les chercheurs pourraient peut-être à nouveau surpasser leur
record en utilisant un matériau composé d'atomes plus lourds, qui oscillent
moins, ou en refroidissant l'échantillon. Mais même à température nulle, les
atomes ont encore des fluctuations quantiques, donc l'amélioration ne serait
pas très grande.
Cette dernière forme de ptychographie électronique permettra
aux scientifiques de localiser des atomes individuels dans les trois dimensions
alors qu'ils pourraient être autrement cachés à l'aide d'autres méthodes
d'imagerie. Les chercheurs pourront également trouver des atomes d'impuretés
dans des configurations inhabituelles et les imager avec leurs vibrations, un à
la fois. Cela pourrait être particulièrement utile pour l'imagerie des
semi-conducteurs, des catalyseurs et des matériaux quantiques - y compris ceux
utilisés dans l'informatique quantique - ainsi que pour l'analyse des atomes
aux frontières où les matériaux sont réunis.
La méthode d'imagerie pourrait également être appliquée à
des cellules ou tissus biologiques épais, ou même aux connexions synapse dans
le cerveau - ce que Muller appelle la «connectomique à la demande».
Bien que la méthode soit longue et exigeante en termes de
calcul, elle pourrait être rendue plus efficace avec des ordinateurs plus
puissants en conjonction avec l'apprentissage automatique et des détecteurs
plus rapides.
«Nous voulons appliquer cela à tout ce que nous faisons», a
déclaré Muller, qui codirige l'Institut Kavli à Cornell pour la science à
l'échelle nanométrique et copréside le groupe de travail sur la science et
l'ingénierie des microsystèmes à l'échelle nanométrique (NEXT Nano), qui fait
partie de l'initiative de collaboration radicale de Cornell. . «Jusqu'à
présent, nous avons tous porté de très mauvaises lunettes. Et maintenant, nous
en avons une très bonne paire. Pourquoi ne voudriez-vous pas enlever les
vieilles lunettes, mettre les nouvelles et utiliser les tout le temps? "
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Electron
microscope detector achieves record resolution
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information: Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by
lattice vibrations. Science, 21 May 2021: DOI: 10.1126/science.abg2533
Journal information: Science
Provided by Cornell University
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Mon commentaire
;je trouve fascinant
de compenser un réglage expérimental
volontairement approximatif par une suite
d’ algorithmes …Mettons nos
lunettes un peu de travers sur le nez mais utilisons
un calcul adéquat pour affiner
le résultat !!
Ayant beaucoup travaillé
sur les problèmes de catalyse et d’adsorption
superficielles , je me demande si l’
étude amènerait des résultats dans la détection des lacunes dans le réseau cristallin ou dans l’ insertions d’atomes étrangers
… Déterminer les distorsions de mailles des réseaux cristallins est aussi un problème intéressant …
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