▲兩張二硫化鉬（MoS2）的照片，一幅旋轉了6.8度。單個原子的間距從原子鍵全長到完全重疊時的間距不等。來源：康奈爾大學
7月19日，美國康奈爾大學應用和工程物理系教授David Muller、John L. Wetherill，物理學教授Sol Gruner和Veit Elser合作在《自然》雜誌上發表題為"Electron Ptychography of 2-D Materials to Deep Sub-Ångström Resolution"的文章。文章稱，研究人員憑藉電子顯微鏡（電鏡）像素陣列檢測器（EMPAD），使電鏡達到了0.39Å的分辨率，刷新了世界記錄。
電鏡雖然能觀測到單個原子，但即使在這個分辨率下，它也並不能把一切都看得清清楚楚。電鏡的鏡片具有稱為像差的內在缺陷。為此人們開發了像差校正器，正如Muller所說，它就像“顯微鏡的眼鏡”。而為了校正多個像差，需要一個不斷擴展的校正元件收集器。這就像將眼鏡戴在眼鏡上一樣笨拙。Muller等的工作成功地解決了這個問題。
電子波長比可見光的波長小許多倍，但電鏡鏡頭並沒有相應的分辨率。分辨率在很大程度上取決於鏡頭的數值孔徑。數值孔徑是“f數”的倒數：f數越小，分辨率越高。提高電鏡分辨率的傳統方法是增加透鏡的數值孔徑和電子束的能量。過去的分辨率記錄是通過像差校正透鏡和超高光束能量——300千電子伏特（keV）—— 來獲得亞埃（Å, ångström ）分辨率的。原子鍵長通常在1-2Å之間，亞埃分辨率可以讓人們輕鬆觀測到單個原子。
研究小組使用了EMPAD和Ptychography技術來提高電鏡的分辨率：當電子束掃描樣品時，探測器在重疊步驟中收集散射電子的全位置和動量分佈，然後根據得到的4維數據集來重建圖像。最後達到了0.39Å的分辨率。為了保證樣品結構完整性，他們使用了更低的光束能量（80 keV），這種情況下僅使用像差校正透鏡就能達到0.98Å的分辨率。在這種分辨率下，樣品中即便是一個硫原子的缺失都能檢測到。
由於分辨率小於最小原子鍵，因而需要為EMPAD方法提供一種新的測試對象。於是他們堆疊了兩張MoS2照片，一張略微歪斜，這樣兩片原子的距離從完整的原子鍵長到重疊時的距離不等。
康奈爾大學校內的電鏡已經進行了EMPAD改造，它們可以記錄各種強度——從單個電子到包含數十萬甚至一百萬個電子的強光束。
編譯：伊幻 審稿：西莫
來源：http://h5.scimall.net.cn/register?from=wechat
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