Цзяньвэй Мяо (Jianwei Miao) и Чанюн Сун (Changyong Song) из калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), а также их коллеги из научного центра австралийского синхротрона (Australian Synchrotron) и американской национальной лаборатории Аргонн (Argonne National Laboratory) получили трёхмерные снимки атомов легирующей примеси внутри основного материала.

Общий принцип рентгеновской микроскопии и работу таких аппаратов мы описывали здесь. Напомним только, что за формирование образа атомов и молекул тут отвечает рассеивание когерентного рентгеновского луча.

Но, надо отметить, авторы новой работы применили вариацию данной техники исследования вещества, названную резонансной дифракционной рентгеновской микроскопией (resonant x-ray diffraction microscopy).

Как сообщают Сун с коллегами в статье в Physical Review Letters, впервые при помощи этой техники было получено изображение объекта с различением в нём разных химических элементов.

А именно — международной группе физиков удалось получить кадры, показывающие сложные структуры из висмута, скрытые в толще кристалла кремния. Разрешение съёмки составило 15 нанометров.

Важно, что новый метод получения изображения является неразрушающим. Так что его можно использовать для изучения атомарных структур в магнитных материалах, полупроводниках, органических веществах и даже биологических объектах.

Чтобы достичь своей цели, авторы опыта поместили на пути рентгеновского луча толстый блок с отверстием, диаметром всего в 10 микрометров. Это отверстие отбирало из луча наиболее когерентную, упрощённо говоря, "более ровную" часть. Этот тонкий поток рентгена уже проходил через образец и попадал на ПЗС-матрицу. Дальнейшая обработка изображения происходила в компьютере.

Получив серию из огромного числа срезов кристалла кремния (то есть образцов дифракционных структур) как до, так и после висмута, учёные вычислили пространственное распределение этого элемента в куске просвечиваемого материала.

Хотя 15 нанометров — не самое высокое разрешение в современной микроскопии, это одно из самых лучших достижений для микроскопии рентгеновской. А главное, новый метод съёмки позволяет изучать сложные по составу материалы на молекулярном и атомарном уровнях, при этом его разрешение можно повысить до 0,1 нанометра, говорят авторы работы.