Атомы — это строительные блоки всей материи на Земле. Однако теперь учёные с помощью мощного микроскопа смогли получить трёхмерное изображение отдельных атомов с точностью до 19 триллионных долей метра, что в несколько раз меньше размера атома водорода.
Уже более 100 лет исследователи определяют расположение атомов в трёхмерном пространстве с помощью метода рентгеновской кристаллографии, который заключается в измерении того, как световые волны рассеиваются в кристалле. Однако рентгеновская кристаллография даёт информацию только о среднем положении многих миллиардов атомов в кристалле, но не о точных координатах отдельных атомов.
«Это как взять усреднённый образ людей на Земле, — сказал Цзяньвэй (Джон) Мяо, один из исследователей, в пресс-релизе. — У большинства людей есть голова, два глаза, нос и два уха. Но усреднённый образ человека всё равно будет отличаться от нас с вами».
Однако теперь исследователи нашли способ лучше рассмотреть атом. Они использовали метод сканирующей просвечивающей электронной микроскопии, при котором пучок электронов размером меньше атома водорода сканирует образец и измеряет, сколько электронов взаимодействует с атомами в каждой точке сканирования. Этот метод позволяет выявить атомную структуру материалов, поскольку различное расположение атомов приводит к разному взаимодействию электронов.
Однако сканирующие просвечивающие электронные микроскопы позволяют получать только двумерные изображения. Это означает, что для создания трёхмерного изображения учёным нужно один раз просканировать образец, наклонить его на несколько градусов и просканировать ещё раз. Затем им нужно повторять этот процесс до тех пор, пока не будет достигнуто желаемое пространственное разрешение.
В данном случае исследователи использовали сканирующий просвечивающий микроскоп для анализа небольшого кусочка вольфрама. Они показали, что атомы на кончике вольфрамового образца расположены в девять слоёв, в шестом из которых находится точечный дефект. Исследователи считают, что дефект представляет собой либо дыру в заполненном атомами слое, либо один или несколько внедренных атомов лёгкого элемента, например углерода.
Независимо от природы точечного дефекта, тот факт, что исследователи смогли обнаружить его наличие, имеет большое значение и может привести к новым открытиям в будущем.