Сверххолодный микроскоп приблизит квантовую революцию

Исследователи из компании Bruker подготовили к отправке в три лаборатории первый сканирующий просвечивающий электронный микроскоп, работающий при температуре, близкой к абсолютному нулю. Устройство GAIA позволяет получать атомные изображения образцов на протяжении 30 часов и более.

В ходе экспериментов с помощью прибора GAIA было получено изображение этого двумерного материала — однослойного дисульфида вольфрама, расположенного поверх слоя дисульфида тантала и скрученного относительно него, — при температуре около −264 °C

Источник: Национальная лаборатория Ок-Ридж

Разглядеть атомы в деталях мешает тепло: при комнатной температуре они дрожат, размывая картинку. Десятилетиями ученые пытались охладить просвечивающие электронные микроскопы (ПЭМ), чтобы остановить это движение. Теперь задача решена. В прошлом году в США уже применили приставку к ПЭМ, охлаждающую образцы до −253 °C жидким гелием. Это дало стабильные снимки атомного разрешения на десять с лишним часов.

Но настоящий шаг вперед сделала компания Bruker. К началу следующего года она отправит в лаборатории Канады, Германии и США первый в мире сканирующий просвечивающий электронный микроскоп (STEM), стабильно работающий при −266 °C (7 кельвинов). Устройство назвали GAIA. Оно способно получать изображения 30 часов и более.

GAIA — это сканирующий просвечивающий электронный микроскоп со встроенной системой охлаждения образцов до сверхнизких температур с помощью жидкого гелия

Источник: Кэмерон Джонсон

Шелли Конрой из Имперского колледжа Лондона, которая получит GAIA для Центра им. Эрнста Руски в Юлихе, отмечает стабильность прибора: раньше работа со сверххолодными материалами требовала постоянной борьбы с системой. Секрет в жидком гелии. Он испаряется так быстро, что вызывает вибрации и размывает картинку. Инженеры GAIA интегрировали охлаждение прямо в микроскоп, добавив коррекцию аберраций и монохроматор для контроля энергии электронов. Стоит такой прибор от 6 до 10 млн долларов.

Прорыв важен не только для физиков. Биологи замораживают белки для изучения, и более низкие температуры помогут уменьшить радиационные повреждения. Главное — квантовые вычисления. Кубиты работают при сверхнизких температурах, и возможность наблюдать их сбои вблизи рабочих условий поможет создать стабильные квантовые компьютеры.

Ранее Наука Mail рассказывала, что квантово-компьютерный микроскоп улучшит электронную микроскопию.