При проведении съемки на атомарном уровне даже крошечные движения образца снимаемого материала могут привести к искажению и размыванию получаемого изображения. И, к сожалению, эти движения практически невозможно предотвратить. Исследователи из Университета Северной Каролины разработали новую технологию микросъемки, которая позволяет измерить движения образца и компенсировать их позже при окончательной сборке, в результате которой получается высококачественное изображение. Разработанная технология работает совместно с растровыми просвечивающими электронными микроскопами (Transmission Electron Microscopes, TEM), одним из немногих видов микроскопов, которые позволяют получать изображения отдельно взятых атомов вещества. Область, которую может охватить модернизированный TEM-микроскоп, имеет размер в 25 нанометров, а на проведение процедуры съемки требуются десятки секунд времени.

Образец снимаемого материала упирается в тонкий прут из специального материала, который расширяется или сокращается в соответствии с даже самыми малыми изменениями температуры окружающей среды. Эти изменения габаритов прута практически незаметны ни для глаза, ни для микроскопа, но они заставляют передвигаться образец материала на какие-то доли нанометра. Именно этот температурный дрейф, который компенсирован таким незамысловатым образом, является бичом традиционных технологий съемки при помощи TEM-микроскопов, который приводит к значительному искажению результирующих изображений.

"Наш подход позволяет эффективно устранить эффекты влияния температурного дрейфа при проведении достаточно длительного процесса съемки с помощью TEM-микроскопов" - рассказывает доктор Джеймс Лебо (Dr. James LeBeau).

Кроме компенсации температурного дрейфа с помощью прута, исследователи запрограммировали микроскоп таким образом, что он постоянно вращал направление, в котором он сканирует образец материала. Одно изображение микроскоп снимал, двигаясь сверху вниз, второе - двигаясь слева направо, третье - от одного угла к другом, и т.д. Каждое направление съемки позволило получить изображение с соответствующими искажениями, вызванными остаточным температурным дрейфом.

По окончанию съемки набор полученных изображений загружался в специализированную программу, которая, учитывая особенности движения для каждого снимка, с высокой точностью определяла направление и значение температурного дрейфа. Эти данные впоследствии были использованы для проведения окончательной коррекции результирующего снимка, который весьма точно передает все особенности структуры исследуемого материала, позволяя ученым увидеть даже соединения между отдельными атомами.

"Исторически сложилось так, что каждое наноразмерное изображение сопровождалось набором дополнительных данных и справочных материалов, позволявших выяснить величину температурного дрейфа для того, чтобы можно было сказать насколько сильно изображение было искажено" - рассказывает доктор Лебо, - "С нашим методом необходимость в этом полностью отпадает. Это означает, что мы можем взять абсолютно любые образцы материалов, даже те, для которых не существует табличных справочных данных, и очень подробно изучить их внутреннюю структуру. Такая возможность является ключевым моментом для изучения новых материалов и для разработки технологий управления физическими свойствами этих материалов".