.
แต่เดิมนั้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะใช้ลำของอิเล็กตรอนเป็นตัวส่อง เนื่องจากอิเล็กตรอนมีความยาวคลื่นสั้นมาก ทำให้ได้ความละเอียดที่สูงกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงที่เราคุ้นเคยกันเป็นหลายพันเท่า แต่กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนนั้นจะมีข้อจำกัดของเลนส์ เช่น ความคลาดทรงกลม (Spherical Aberration) เข้ามาเกี่ยวด้วย ทำให้ภาพเกิดเบลอขึ้นมา
.
เพื่อที่จะก้าวข้ามปัญหาของเลนส์ ทีมวิจัยจากมหาวิทยาลัยคอร์เนลได้ใช้วิธีการที่เรียกว่าไทโคกราฟีอิเล็กตรอนหรือ Electron Ptychography ซึ่งเป็นเทคนิคการสร้างภาพประเภทหนึ่งที่ใช้การคำนวณเชิงคอมพิวเตอร์เข้ามาช่วย โดยจะใช้รูปแบบการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนหลาย ๆ จุดมาประกอบกันด้วยคณิตศาสตร์และอัลกอริทึม
.
ในทางหลักการนั้น เราจะยิงลำของอิเล็กตรอนจำนวนกว่าพันล้านตัวในหนึ่งวินาทีไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ของวัสดุ และเมื่ออิเล็กตรอนชนเข้ากับโครงสร้างของอะตอม ก็จะสะท้อนกลับมาในรูปแบบต่าง ๆ ให้เราบันทึกได้ จากนั้นก็จะใช้คอมพิวเตอร์ในการวิเคราะห์และสร้างภาพออกมา ดังนั้น เทคนิคไทโคกราฟีจึงไม่ใช่การถ่ายภาพโดยตรง แต่เป็นการนำข้อมูลการสะท้อนของอิเล็กตรอนมาสร้างภาพขึ้นมาใหม่เป็น 3 มิติด้วย
.
เทคนิคไทโคกราฟีนั้นเกิดขึ้นมาตั้งแต่ปี 1970 เพื่อแก้ปัญหาการวิเคราะห์โครงสร้างของผลึก แต่ปัญหาที่ทำให้ยังไม่สามารถทำได้ในตอนนั้นก็คือ คอมพิวเตอร์ยังช้าเกินไปที่จะคำนวณอัลกอริทึมที่ซับซ้อนและเครื่องตรวจจับอิเล็กตรอนที่สะท้อนออกมายังไม่ดีพอ นักวิทยาศาสตร์ส่วนใหญ่จึงไปลงทุนพัฒนากล้องจุลทรรศน์แทน
.
จนกระทั่งปี 2021 ไทโคกราฟีอิเล็กตรอนก็ถูกนำมาใช้งานจริง ๆ และในตอนนี้ก็ได้ทะลุขีดจำกัดของเครื่องมือที่จะพาเราไปสู่โลกของอะตอมแล้ว เพราะว่าอะตอมนั้นไม่ได้อยู่นิ่ง ๆ ให้เราถ่ายภาพได้แบบชัด ๆ แต่สั่นไปมาด้วยความเร็วสูงตลอดเวลา ดังนั้น ไม่ว่าจะเป็นกล้องที่เทพแค่ไหนก็ตาม ภาพที่ถ่ายได้ก็จะยังมีความเบลอเกิดขึ้น เว้นแต่เราจะหยุดอะตอมไม่ให้สั่นได้
.
การวิจัยด้านไทโคกราฟีอิเล็กตรอนทำให้เราได้ข้อมูลเชิงโครงสร้างในระดับที่แม่นยำใกล้เคียงกับขีดจำกัดของฟิสิกส์ที่เกิดจากการสั่นของอะตอมเอง ความก้าวหน้านี้เปิดโอกาสในการศึกษาวัสดุศาสตร์เพิ่มขึ้นไปอีกขั้น ซึ่งผลพลอยได้ที่จะตามมาก็คือ วัสดุกึ่งตัวนำ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังเป็นตัวอย่างของการพัฒนาการคำนวณและอัลกอริทึมอีกด้วย
#Atom #theprinicpia
_________________________________________
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น