Недавно микроскопия сверхвысокого разрешения позволила учёным преодолевать дифракционный предел и визуализировать объекты размером с одну молекулу — до 10 нанометров. Однако отдельные атомы оставались недоступны для оптических микроскопов, которые проще и дешевле методов сверхвысокого разрешения. В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) представили новый вычислительный метод DIGIT (дискретная сеточная визуализация), позволяющий оптическим микроскопам различать и точно определять положение отдельных атомов в кристаллических структурах с точностью до 0,178 ангстрема — менее половины ширины атома.
DIGIT — это инновационный подход, использующий известную атомную конфигурацию материала как карту или схему рассадки. «Это как если бы вы знали схему рассадки гостей на вечере, — объясняет ведущий автор Юйцинь «София» Дуань, аспирантка факультета электротехники и компьютерных наук MIT. — Раньше методы могли указать секцию, где находится атом, но теперь мы точно определяем его место». Метод сочетает данные микроскопии сверхвысокого разрешения со статистическим анализом и физическими ограничениями, игнорируя хаотичное расположение атомов в пользу сетки.
В эксперименте команда модифицировала алмаз, удалив атомы углерода и заменив их на кремний. Сначала микроскопия сверхвысокого разрешения дала размытые изображения резонирующих атомов кремния. Применение DIGIT, учитывающее алмазную решётку, устранило размытость, локализовав атомы точно. Код DIGIT размещён на GitHub для использования с материалами известной структуры.
Этот метод открывает новые горизонты: от разработки квантовых устройств, требующих точного размещения атомов, до изучения дефектов в полупроводниках и белках. В отличие от электронных микроскопов, которые агрессивны и требуют вакуума, оптические методы безопасны для биологических образцов. DIGIT делает атомный уровень доступным через свет, революционизируя материалы и биологию. Соавторами являются Цюши Гу, Ханьфэн Ван и другие под руководством профессора Дирка Энглунда.
Физики из Массачусетского технологического института разработали метод дискретной сеточной визуализации (DIGIT) — метод оптического сверхразрешения, который позволяет отображать квантовые излучатели на узлах решетки с точностью до атома (как показано на этой иллюстрации). Источник: Массачусетский технологический институт.
Дополнительная информация: Yuqin Duan et al, A Bayesian approach towards atomically-precise localization in fluorescence microscopy, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64083-w
Источник: https://phys.org/news/2025-10-seating-atoms-positions-materials.html