En 2018 físicos de la Universidad de Cornell establecieron un récord mundial al triplicar la solución de un microscopio electrónico de última generación. En aquella ocasión, la obtención de la imagen de átomos causó revuelo entre la comunidad científica, aunque existía una deficiencia en el sistema. Pero ahora lo han vuelto a hacer, mejoraron la resolución y capturaron imágenes de átomos con la resolución más alta de la historia.

alta resolución átomos

El detector de alta potencia y el algoritmo llamado ‘pictografía’ desarrollado por los físicos en 2018 estableció un récord en aquel entonces. No obstante, tenía una debilidad; sólo podía disparar muestras ultrasónicas, es decir, muestras ultrafinas que tenían unos pocos átomos de espesor. Años después, los físicos mejoraron dicho sistema y han logrado la resolución más alta en la historia de un átomo.

Mejoras al récord pictográfico 

El equipo de la Universidad de Cornell dirigido por David Muller, fue el encargado de implementar las mejoras y romper su propio récord. Desarrollaron un detector de matriz de píxeles de microscopio electrónico (EMPAD), que incorpora algoritmos de reconstrucción 3D aún más sofisticados.

imágenes átomos en alta resolución
Cornell University

La resolución de la imagen captada mediante la reconstrucción de pictografía electrónica, está tan ajustada que lo único borroso que se aprecia es el movimiento térmico de los propios átomos.

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“Esto no solo establece un nuevo récord. Ha alcanzado un régimen que efectivamente será un límite máximo para la resolución. Básicamente, ahora podemos averiguar dónde están los átomos de una manera muy fácil”, explica Muller.

La pictografía funciona escaneando patrones de dispersión superpuestos de una muestra de material y luego busca cambios en la región superpuesta. Así, al notar los cambios en los patrones se puede calcular la forma del objeto que causó dichos patrones. Luego, los datos se reconstruyen a través de complejos algoritmos y finamente arrojan una imagen ultraprecisa con una precisión de un picómetro. En otras palabras, se observa una imagen de una región determinada con una ampliación de 100 millones de veces.

Nuevas áreas de oportunidad 

El nuevo y mejorado sistema abre un montón de nuevas posibilidades de mediciones que hasta ahora los científicos no habían podido plasmar en cifras. Permitirá localizar átomos individuales en las tres dimensiones, cuando de otro modo, podrían estar ocultos utilizando otros métodos de obtención de imágenes. Es decir que ahora no se les escaparan detalles de lo que antes no se habían percatado por la falta de tecnología adecuada.

átomos

La nueva tecnología podría ser particularmente útil para obtener imágenes de semiconductores, catalizadores y materiales cuánticos. Incluidos los que se usan en la computación cuántica, así como para analizar átomos en los límites en donde se unen los materiales.

Pero la cuántica no será la única rama donde sería útil la pictografía electrónica. La obtención de imágenes de átomos a alta resolución, también podría aplicarse en la biología. Para analizar células o tejidos biológicos gruesos, incluso las intricadas conexiones de sinapsis en el cerebro.

Muller explica de una manera muy peculiar la nueva resolución récord: “Hasta ahora, todos hemos estado usando anteojos realmente malos. Y ahora tenemos un par realmente bueno. ¿Por qué no querría quitarse las gafas viejas, ponerse las nuevas y usarlas todo el tiempo?”.

Referencias:
Muller, D. Chen, Z. Jiang, Y. Holtz, M. Guizar, M. Hanke, I. Ganschow, S. Schlom, D. Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations. Science. DOI

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