美国康奈尔大学的 David Muller团队捕捉到了迄今为止最高分辨率的原子图像，一举打破了其在2018年创下的纪录。相关论文2021年5月21日刊登于《科学》。
研究团队使用叠层成像技术，用X射线照射钪酸镨晶体，然后利用散射电子的角度来计算散射它们的原子的形状。在发射电子之后，电子束以无限小的速率运动，因此它们每次都会以相似的角度击中样品——有时候电子会不留痕迹地通过，而有时候它们会击中原子，并且在离开样品时在其内部四处弹射。
研究人员把这项技术比作与站在黑暗中的对手玩躲避球。躲避球是电子，而目标是单个原子。尽管看不到具体目标，但依靠先进的探测器，研究人员可以看到“躲避球”的最终位置。根据数十亿电子生成的斑点图案，机器学习算法可以计算出原子在样品中的位置以及它们可能的形状。
这张新图像的分辨率是Muller团队在2018年拍摄的原子放大图像的两倍，而后者的分辨率是当时其他使用不同技术拍摄的图像的3倍。
2018年，Muller团队使用一种2D材料来限制在较厚材料中发生的电子散射量，这种散射使人们难以分辨电子是从哪里来的。而如今他们开发了一些非常有效的算法，然后修改了电子散射，进而能够解开这种多次散射难题。
这些进步使得研究团队能够观察更稠密的原子样本，并获得更好的分辨率。据了解，这种最新形式的电子叠层成像分析技术使科学家可以在所有三个维度上定位单个原子。研究人员还将能够一次发现异常结构中的杂质原子，并对它们及其振动进行成像。
这种高分辨率成像技术对于开发下一代电子设备至关重要。例如，研究人员正在寻求对硅基计算机芯片的超越，以期研究出更高效的半导体。为了实现这一目标，工程师们需要从原子层面上了解他们的研究对象，这意味着他们需要利用到诸如电子叠层成像这样的技术。而拥有了这些工具，就能够帮工程师们优化那些可能用于构建下一代设备的新材料。■
