拍照拍到接近物理极限是什么感觉？康乃尔大学工程师团队最近开发了一种新技术，强大到将当今最先进电子显微镜的分辨率再提高 2 倍，可在三个维度下直接观察单个原子并得到清晰图像，唯一模糊的原因仅来自原子自身运动。该技术对于成像半导体、催化剂等材料连接边界处的原子将特别有用。
现在已经有越来越多智能手机或高级望远镜都配备高分辨率相机，可以放大到甚至让你看见月球表面，然而这些都无法与康乃尔大学工程学教授 David Muller 团队开发的电子显微镜像素阵列侦测器（electron microscope pixel array detector，EMPAD）相提并论。
2018 年时，团队制造了这款高性能显微镜 EMPAD 并结合 ptychography 算法，直接让电子显微镜的分辨率提高 3 倍拿下吉尼斯世界纪录，可测量至 0.039 奈米。当时研究人员之一 Sol Gruner 开玩笑说，他总以为要在 5 分钟内吃掉 40 个汉堡、或是靠一只脚连续站立几天才能进入吉尼斯世界纪录，没想到是借由看到几个原子拿到入场门票。
现在，该团队结合一种更复杂的 3D 重建算法并扫描 PrScO3（praseodymium orthoscandate）晶体，将电子显微镜分辨率世界纪录再提高 2 倍，精度高到可以看见单个原子和分子中的化学键，唯一造成模糊的原因只剩下原子晶格自身热振动。
过去任何尝试对单个原子进行成像的实验多半拿出模糊图像，就像戴着一副不合度数的眼镜看世界，但现在团队技术已然精确到可在三个维度上定位单个原子，还能一次发现异常结构中的杂质原子并对它们的振动成像，
此外，当年团队只能成像仅几个原子厚的极薄材料样品，但新技术可成像更厚材料样品（虽然再厚下去的话还是会失败，因电子以无解的方式散射），除了对半导体、催化剂等材料连接边界处的原子成像有所帮助外，也能改善当今医学成像，拍出更清晰的较厚生物组织、大脑突触连接等。
虽然要得到这种高精度图像的过程依然相当耗时，但可以使用功能更强大的超级电脑并结合新算法来提高效率。
新论文发表在《科学》（Science）期刊。
- Scientists image atoms with record resolution close to absolute physical limits
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- Guinness World Record for micro view into hidden worlds
（首图来源：康乃尔大学）
