美國康奈爾大學的 David Muller團隊捕捉到了迄今為止最高分辨率的原子圖像，一舉打破了其在2018年創下的紀錄。相關論文2021年5月21日刊登于《科學》。

   研究團隊使用疊層成像技術，用X射線照射鈧酸鐠晶體，然后利用散射電子的角度來計算散射它們的原子的形狀。在發射電子之后，電子束以無限小的速率運動，因此它們每次都會以相似的角度擊中樣品——有時候電子會不留痕跡地通過，而有時候它們會擊中原子，并且在離開樣品時在其內部四處彈射。

   研究人員把這項技術比作與站在黑暗中的對手玩躲避球。躲避球是電子，而目標是單個原子。盡管看不到具體目標，但依靠先進的探測器，研究人員可以看到“躲避球”的最終位置。根據數十億電子生成的斑點圖案，機器學習算法可以計算出原子在樣品中的位置以及它們可能的形狀。

   這張新圖像的分辨率是Muller團隊在2018年拍攝的原子放大圖像的兩倍，而后者的分辨率是當時其他使用不同技術拍攝的圖像的3倍。

   2018年，Muller團隊使用一種2D材料來限制在較厚材料中發生的電子散射量，這種散射使人們難以分辨電子是從哪里來的。而如今他們開發了一些非常有效的算法，然后修改了電子散射，進而能夠解開這種多次散射難題。

   這些進步使得研究團隊能夠觀察更稠密的原子樣本，并獲得更好的分辨率。據了解，這種最新形式的電子疊層成像分析技術使科學家可以在所有三個維度上定位單個原子。研究人員還將能夠一次發現異常結構中的雜質原子，并對它們及其振動進行成像。

   這種高分辨率成像技術對于開發下一代電子設備至關重要。例如，研究人員正在尋求對硅基計算機芯片的超越，以期研究出更高效的半導體。為了實現這一目標，工程師們需要從原子層面上了解他們的研究對象，這意味著他們需要利用到諸如電子疊層成像這樣的技術。而擁有了這些工具，就能夠幫工程師們優化那些可能用于構建下一代設備的新材料。■