Электронные микроскопы, возможно, достигли предела своей разрешающей способности
12 июля 2013 года
<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Физика count = 3 orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main addfirstcategorydate = true </dynamicpagelist>
<dynamicpagelist> category = Опубликовано category = Наука count = 5 notcategory = Физика orcer = addcategory suppresserrors = true namespace = Main </dynamicpagelist>
Немецкие физики, работающие над проектом TEAM (Transmission Electron Aberration-Corrected Microscope) и создавшие электронный микроскоп с разрешением 0,5 Å[1], утверждают, что им не удаётся больше улучшить разрешающую способность прибора из-за неожиданного источника шума.
Для улучшения разрешающей способности созданного электронного микроскопа учёные ещё в 2010 году разработали специальную систему магнитных и электростатических линз стоимостью более миллиона евро, однако неожиданно её использование только ухудшило качество изображения.
Долгое время учёные и инженеры не могли понять, в чём же дело, пока не догадались поставить вместо дорогостоящей системы обычную пустую металлическую трубу, аналогичную той, в которой эта система помещалась. Оказалось, что это даёт тот же самый эффект ухудшения разрешающей способности.
Таким образом, стало понятно, что источником шума, приводящим к размыванию картинки, является тепловое движение электронов в металлических стенках трубы, возмущающих своими полями движение электронов в системе магнитных линз. Этот эффект присутствовал, конечно, и раньше, но был незначительным из-за малых размеров использовавшихся систем. Новая система, однако, настолько сложна, что имеет длину около метра и весит около 750 кг. Такие большие размеры значительно усилили уровень шумов и не позволили получить разрешение лучше, чем 0,45-0,75 Å.
Тепловые шумы, правда, не единственная проблема, с которой столкнулись конструкторы электронных микроскопов. Так, недавно было показано, что современные системы, корректирующие искажения магнитных линз, сами по себе нестабильны и работают устойчиво не более нескольких минут, после чего уровень шумов быстро нарастает.
Кроме того, было показано, что при субангстремных разрешениях во взаимодействии электронов с атомами объекта, изображение которого хочется получить, большую роль начинают играть квантовомеханические эффекты. Из-за этого размер атомов на изображении может случайным образом оказаться как больше, так и меньше реального.
Учёные, однако, уверены. что все эти проблемы решаемы, но сомневаются в экономической целесообразности конструирования подобных инструментов. За те деньги, которые требуются для дальнейшего улучшения разрешающей способности одного электронного микроскопа, можно построить сотни микроскопов сегодняшнего уровня, уже позволяющих получать изображения каждого отдельного атома исследуемого вещества.
Примечания
правитьИсточники
править- Eugenie Samuel Reich «Imaging hits noise barrier». Nature, 10 июля 2013 года. (архив)
- Artem Korzhimanov «Электронные микроскопы достигли предела своей разрешающей способности?». 2013-07-11.