Ciencias

Física: los científicos capturan imágenes de átomos con la resolución más alta NUNCA

Los investigadores batieron el récord de la imagen de mayor resolución jamás capturada de átomos individuales, creando una foto que se «amplía» unas 100 millones de veces.

Estas imágenes son tan estrechas, de hecho, que el desenfoque restante en la foto es producto de la oscilación térmica de los propios átomos.

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

Esta configuración anterior, sin embargo, era limitada porque solo podía obtener imágenes de muestras ultrafinas, de solo unos pocos átomos de espesor.

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

Esto, explica el equipo, da como resultado una imagen que tiene una precisión del nivel de un picómetro, en otras palabras, una billonésima de metro.

Los investigadores batieron el récord de la imagen de mayor resolución jamás capturada de átomos individuales, creando una foto que se «amplía» unas 100 millones de veces, como se ilustra.

USANDO ESTAS IMÁGENES

Según el equipo, esta última técnica de ‘picografía electrónica’ puede encontrar muchas aplicaciones.

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

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

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Además, la técnica también podría usarse para obtener imágenes de células o tejidos biológicos gruesos, e incluso para escanear sinapsis en el cerebro, agregaron los investigadores.

«No solo estableció un nuevo récord», dijo el escritor e ingeniero David Muller de la Universidad de Cornell en Nueva York.

“Ha llegado a un régimen que será efectivamente el umbral final para la resolución. Básicamente, ahora podemos averiguar dónde están los átomos de una manera muy fácil.

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

«También resuelve un problema de larga data, deshaciendo la dispersión de haces múltiples en la muestra, que nos impedía hacer esto en el pasado».

El método de imagen utilizado por el equipo implica una técnica llamada pticografía, en la que un haz, compuesto, en este caso, de electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto de interés, aunque desde una posición ligeramente diferente cada vez.

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

«Estamos persiguiendo patrones de puntos que se parecen mucho a los patrones de puntero láser con los que los gatos están igualmente fascinados», explicó el profesor Muller.

“Al ver cómo cambia el patrón, podemos calcular la forma del objeto que causó el patrón.

“Con estos nuevos algoritmos, ahora podemos corregir todo el empañamiento en nuestro microscopio hasta el punto en que el factor de empañamiento más grande que nos queda 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 media de la oscilación de los átomos».

El método de imagen utilizado por el equipo implica una técnica llamada pticografía, en la que un haz, compuesto, en este caso, de electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto de interés, aunque desde una posición ligeramente diferente cada vez.  Al comparar los diferentes patrones superpuestos formados por el haz disperso, un algoritmo puede reconstruir el objeto objetivo con gran precisión.

El método de imagen utilizado por el equipo implica una técnica llamada pticografía, en la que un haz, compuesto, en este caso, de electrones, se dispara repetidamente a través de un objeto de interés, aunque desde una posición ligeramente diferente cada vez. Al comparar los diferentes patrones superpuestos formados por el haz disperso, un algoritmo puede reconstruir el objeto objetivo con gran precisión.

«Queremos aplicar esto a todo lo que hacemos», agregó el profesor Muller.

“Hasta ahora, todos usamos gafas realmente malas. Y ahora tenemos una muy buena pareja.

«¿Por qué no querría quitarse las gafas viejas, ponerse unas nuevas y usarlas todo el tiempo?»

En la actualidad, reconoció el equipo, el método de obtención de imágenes requiere mucho tiempo y es computacionalmente exigente, pero los avances en el hardware de computadoras y detectores en el futuro tienen el potencial de acelerar el proceso.

Los resultados completos del estudio se publicaron en la revista Ciencias.

EMPUJANDO EL RÉCORD MÁS

En la foto: una imagen fotográfica de electrones de átomos capturada por investigadores

En la foto: una imagen fotográfica de electrones de átomos capturada por investigadores

Según los investigadores, es posible que vuelvan a batir el récord en un futuro próximo.

Esto implicaría el uso de un material objetivo compuesto por átomos más pesados, que oscilarían menos, lo que permitiría una imagen menos borrosa.

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

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Sin embargo, señalaron, estas mejoras no serían grandes.

E incluso a temperatura cero, los átomos todavía tienen fluctuaciones cuánticas, lo que significa que hay un límite inherente a la calidad de las imágenes que se pueden crear.

Prudencia Febo

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