Cet enregistrement photo en ultra haute résolution montre des atomes comme vous ne les avez jamais vus auparavant

Cet enregistrement photo en ultra haute résolution montre des atomes comme vous ne les avez jamais vus auparavant
sur la photo : L’image des atomes d’un échantillon (cristal de praséodyme orthoscanné, PrScO3) obtenu par les ingénieurs de l’Université Cornell à New York /

C’est le nouveau record absolu, celle marquée par les ingénieurs de l’Université Cornell de New York, qui ont réussi à obtenir la photo la plus haute résolution jamais réalisée d’atomes isolés. L’image extraordinaire a été créée grâce à un détecteur matriciel de pixels au microscope électronique (EMPAD) intégré à des algorithmes de reconstruction 3D sophistiqués qui ont permis d’atteindre une précision qui dépasse le double du record précédent détenu par la même équipe de recherche depuis 2018. Par rapport à l’approche précédente, le nouvelle approche a permis de agrandir l’échantillon de 100 millions de fois et de corriger tous les flous au point que la résolution finale est tellement calibrée que les seules nuances présentes sont celles dues à l’oscillation des atomes eux-mêmes.

La méthode, décrite dans l’étude « La ptychographie électronique atteint les limites de résolution atomique fixées par les vibrations du réseau« Publié dans la revue La science, a permis de scanner en détail un cristal de praséodyme orthoscanné (PrScO3) et, plus précisément, de rechercher des changements dans les régions dites de superposition. Ces variations, évaluées en comparaison avec des modèles de dispersion, nous ont donc permis d’observer la position exacte des atomes qui composent la question. « Flou du faisceau du détecteur – expliquent les chercheurs dans une note – nous avons capturé le plus large éventail de données possible. Celles-ci ont ensuite été reconstruites à l’aide d’algorithmes complexes, jusqu’à l’obtention d’une image ultra-précise avec une précision picométrique (un billionième de mètre).« .

Grâce à ces nouveaux algorithmes, les chercheurs sont désormais capables de corriger tous les flous du microscope, au point que « le plus grand facteur de flou qui nous reste est représenté par les atomes eux-mêmes oscillant, puisque c’est ce qui arrive aux atomes à température finieA déclaré David Muller, professeur à l’École de physique appliquée et d’ingénierie de l’Université Cornell et auteur principal de l’étude. Quand on parle de température, ce qu’on mesure réellement est la vitesse moyenne de combien d’atomes se déplacent« .

La démarche n’a pas seulement permis d’établir le nouveau record. « Nous avons atteint un régime qui sera effectivement une date limite de résolution – Muller ajouté -. Fondamentalement, nous pouvons maintenant comprendre où se trouvent les atomes d’une manière simple, ouvrant la voie à de nouvelles possibilités de mesure que nous voulions voyager depuis longtemps. Et aussi résoudre un problème de longue date, à savoir celui de l’annulation la diffusion multiple du faisceau dans l’échantillon, ce qui nous a jusqu’à présent empêché ce type de mesure« .

À l’avenir, les chercheurs pourraient encore briser ce nouveau record, en utilisant un matériau constitué d’atomes plus lourds, qui oscillent moins ou refroidissant l’échantillon. Mais même à des températures glaciales, les atomes auraient toujours des fluctuations quantiques, donc l’amélioration ne serait pas beaucoup plus importante.