2500年前，希臘哲學(xué)家對物質(zhì)的構(gòu)成爭論不休。直到大約200年前，化學(xué)家才在理論上發(fā)現(xiàn)了亞原子尺度的結(jié)構(gòu)。

為了看到這些微妙的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家們正在不斷努力。自16世紀(jì)光學(xué)顯微鏡發(fā)明以來，400年后的20世紀(jì)初，電子顯微鏡的發(fā)明突破了光學(xué)顯微鏡固有的衍射極限(約200納米)，可以輕松分辨單個原子。但是對于亞原子世界來說，這個分辨率遠遠不夠。

最近，康奈爾大學(xué)應(yīng)用與工程物理系(AEP)教授大衛(wèi)·穆勒(David Muller)與物理學(xué)教授索爾·格魯納(Sol Gruner)和維特·埃爾塞(Veit Elser)合作開發(fā)了一種電子顯微鏡像素陣列探測器(EMPAD)，獲得了電子顯微鏡成像分辨率的最新世界紀(jì)錄——0.39埃(1埃=0.1納米= 0.000000001米)。

這項成果發(fā)表在7月18日的《自然》雜志上。本文的第一作者是穆勒團隊的中國物理學(xué)博士生蔣易和博士后馬可。

EMPAD已獲康奈爾大學(xué)授權(quán)，由Thermo Scientific(原FEI)電子顯微鏡公司商業(yè)化，已收到數(shù)十份訂單?！癊MPAD可以安裝在大多數(shù)現(xiàn)有的電子顯微鏡上，有望取代常用的點探測器，也可以作為新電子顯微鏡的新標(biāo)準(zhǔn)模塊?！瘪R可博士說。

通過這項新技術(shù)，我們終于可以清晰地識別亞原子結(jié)構(gòu)，這對材料科學(xué)領(lǐng)域來說無疑是個好消息。對于納米晶材料、非晶金屬等材料，以前只能通過理論推測其精細結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在終于可以精確測量了。

馬可博士還說，這種新的電子顯微鏡方法“可以應(yīng)用于低劑量成像和大視場亞原子高分辨率成像。也可以重建三維全息的原子分辨結(jié)構(gòu)，從而獲得材料的所有結(jié)構(gòu)信息。這些方向是其他現(xiàn)有STEM技術(shù)難以實現(xiàn)的，也是電子顯微鏡學(xué)家追求的最終目標(biāo)。在目前的技術(shù)水平上，這種方法已經(jīng)能夠解決材料、物理和化學(xué)領(lǐng)域的許多結(jié)構(gòu)問題，如二維材料、能量材料和多孔材料。”

另外，“這種方法目前已經(jīng)通過3D成像實現(xiàn)，近期有望實現(xiàn)3D成像。因為可以做低劑量成像，所以也可以對蛋白質(zhì)等生物大分子的結(jié)構(gòu)進行成像。”馬可博士說。

“現(xiàn)在我們可以更好地理解整個細胞內(nèi)過程，”應(yīng)用和工程物理學(xué)助理教授莉娜·庫克斯說。低劑量輻射可以實現(xiàn)多次曝光、細胞過程的延時攝影或從不同角度觀察同一樣品，獲得更清晰的3D圖像。

Kourkoutis計劃利用這些技術(shù)與康奈爾癌癥代謝物理中心合作，研究癌癥如何在細胞之間發(fā)展。

-結(jié)束-

參考:

http://news . Cornell . edu/stories/2018/07/electronic-micro-detector-reasons-record-resolution

http://news . Cornell . edu/stories/2017/03/new-electronic-microscope-sees-more-image

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0298-5