美国某知名大学研发新型电子显微镜像素阵列探测器

发布日期：2023-07-04

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自从16世纪光学显微镜发明以后，20世纪末的电子显微镜已经突破了光学显微镜固有的衍射极限（约200nm）。它可以很容易地分辨出一个原子，但对于亚原子世界来说，这个分辨率远远不够的。

新的显微镜，打破了目前最高的分辨率

在2018，David Muller，康奈尔大学应用和工程物理教授（119／），与物理学教授sol Gruner和Veit Elser合作研制了当时世界之上成像分辨率最高的电子显微镜像素阵列探测器（EMPAD）

电子显微镜分辨率远高于光学显微镜的原因是电子波的波长比可见光小很长一段时间，但电子显微镜的透镜没有这样的精度。遗憾的是，电子显微镜的分辨率很大程度之上取决于镜头的数值孔径。

在传统相机之中，数值孔径是“F值”（光圈值）的倒数，因此“F值”越小，分辨率越高。一般来说，好相机的“F值”约为于 2，而电子显微镜的“F值”约为100，用像差校正器可以把这个值降到40左右，但远远不够。

电子显微镜的镜头有一个固有的缺陷，叫做像差。多年用以，科学家们一直在研究各种像差校正器，就像在显微镜之上安装一副眼镜，希望能消除这种像差。然而，像差校正器的功能是有限的。为了校正多次像差，必须使用一系列的校正单元，就像把眼镜戴在眼镜上，然后再戴上眼镜，这使得整个仪器笨重笨拙。

亚埃分辨率，之前的电子显微镜分辨率世界纪录，利用像差校正透镜和300kev（300000ev）超高能量电子束获得了一种新型的光学系统。键长约为1或2埃，因此亚埃分辨率使科学家能够轻松分辨单个原子的图像

使用EMPAD探测器，穆勒的团队以一个具有单个原子层厚度的单层MoS2作为观察样本，并且不使用像差校正器，获得了电子显微镜成像分辨率的最新世界纪录0.39埃，打破了之前的分辨率纪录。然而，由于技术之上的原因，该机器仅在几原子厚的超薄样品之上工作三年之后，康奈尔大学研究小组最近开发了一种新的电子显微镜像素阵列探测器，它采用了更精细的三维重建算法，在2018年将记录翻了一番。显微镜的分辨率非常精细，唯一模糊的是样品本身原子的热抖动。从某种意义之上说，这种新的显微镜创造了新的记录

在未来，它有望为科学家更精确地研究事物开辟新的可能性。

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