Электронная голограмма показывает атомы внутри молекул

До последнего времени не существовало надёжного метода прямой визуализации расположения атомов в молекулах, об этом приходилось догадываться по косвенным признакам или по теоретическим моделям. Нехватка экспериментальной информации мешала учёным отслеживать связь структуры молекул с их физическими и химическими свойствами.

О создании первой техники, позволяющей заглянуть внутрь молекулы сообщила в журнале Nano Letters группа во главе с Тобиасом Луром (Tobias Lühr). В описанном в статье голографическом методе информация об интерференции между падающими и рассеянными электронными волнами используется для реконструкции 3D-изображения, демонстрирующего точные позиции атомов.

Попытки создания голограмм молекулярных структур предпринимались и раньше, но получаемые изображения были засорены артефактами и даже лучшие из них охватывали не более десятка атомов.

Новый метод практически полностью исключает появление артефактов, отображает тысячи атомов и даже позволяет различать их типы. Авторы продемонстрировали возможности своей техники на примере объёмной голограммы пирита (FeS₂).

Улучшить качество голографической визуализации удалось благодаря увеличению энергии зондирующих электронных волн с нескольких сотен до тысяч электрон-вольт. Кроме того, эти волны не распространяются во все стороны, а локализуются в конической зоне, что уменьшает рассеяние и подавляет нежелательные артефакты.

Даже одиночная картина дифракции высокоэнергетичных электронных волн даёт устойчивое изображение, однако авторы смогли дополнительно улучшить качество картинки, скомбинировав её из двух десятков наложенных реконструированных изображений — усреднение позволило уменьшить фоновый шум.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365