Realizzata immagine di atomi con risoluzione più alta mai effettuata: risoluzione “sbalorditiva”

I ricercatori hanno realizzato un'immagine a livello atomico della sezione di un cristallo di praseodimio ortoscandato (credito: Università Cornell)

È l’immagine microscopica di atomi con la risoluzione più alta mai realizzata quella effettuata da un team di ricercatori della Cornell University. Questi ultimi hanno infatti “scattato la foto” di una sezione di cristallo in tre dimensioni con un ingrandimento di 100 milioni di volte. Si tratta di una risoluzione che batte un record che, tra l’altro, apparteneva gli stessi ricercatori e che risaliva al 2018, come rileva Scientific American.[1] Il relativo studio è stato pubblicato su Science.[2]

La tecnica usata da ricercatori si chiama tticografia elettronica e vede la proiezione di un fascio di elettroni sul materiale. Questo raggio, composto da miliardi di elettroni proiettati ogni secondo, tende a spostarsi leggermente, in maniera infinitesimale, e quindi, quando arrivano sul bersaglio, lo fanno ogni volta da angolazioni sempre un po’diverse: a volte colpiscono gli atomi, altre volte no e rimbalzano ed escono.
Proprio grazie alla natura di questo particolare fascio elettronico, è possibile poi analizzare come esso colpisce il bersaglio tramite algoritmi di apprendimento automatico e quindi capire le forme degli atomi del materiale bersaglio.

La tecnica era già stata utilizzata in precedenza ma solo per realizzare immagini di materiali molto piatti e quando diciamo “piatti” intendiamo spessi quanto uno o pochi atomi. Con questo nuovo metodo usato dai ricercatori, invece, è possibile catturare più strati alla volta e ciò permette di rilevare anche le altre tipologie di materiali tra cui il cristallo di cui sopra. Con questo progresso, questa tecnica può infatti essere ora utilizzata anche per analizzare le proprietà atomi e di campioni come spessori di circa 30-50 nanometri. Si tratta sempre spessori molto piccoli ma comunque sempre molto più grandi dello spessore di uno o di pochissimi atomi.

“È possibile effettivamente guardare pile di atomi ora, quindi è incredibile”, dichiara a Scientific American Andrew Maiden, un ingegnere dell’Università di Sheffield, uno dei pionieri della tecnica della tticografia, non coinvolto però dello studio. Lo stesso Maiden parla, inoltre, di “risoluzione semplicemente sbalorditiva” per una tecnica che, di certo, è un importante passo avanti per tutto il settore della microscopia elettronica.
Nel corso degli ultimi anni, infatti, gli scienziati stanno comprendendo sempre di più come superare il limite di questa tipologia di osservazione microscopica, limite causato dal fatto che utilizza fasci di elettroni per illuminare i campioni e questi fasci di elettroni, quando si parla di campioni piccolissimi, finanche atomici, tendono a modificare il campione stesso nel momento in cui lo si osserva. Proprio per questo gli scienziati hanno sviluppato la tticografia, una tecnica teorizzata già degli anni 60 ma messa in pratica solo diversi decenni dopo quando la complessa matematica di cui aveva bisogno è stata sviluppata.

Note e approfondimenti

  1. See the Highest-Resolution Atomic Image Ever Captured – Scientific American (IA)
  2. Electron ptychography achieves atomic-resolution limits set by lattice vibrations | Science (IA) (DOI: 10.1126/science.abg2533)

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