2500年前，希腊哲学家对物质的构成争论不休。直到大约200年前，化学家才在理论上发现了亚原子尺度的结构。
为了看到这些微妙的结构，科学家们正在不断努力。自16世纪光学显微镜发明以来，400年后的20世纪初，电子显微镜的发明突破了光学显微镜固有的衍射极限(约200纳米)，可以轻松分辨单个原子。但是对于亚原子世界来说，这个分辨率远远不够。
最近，康奈尔大学应用与工程物理系(AEP)教授大卫·穆勒(David Muller)与物理学教授索尔·格鲁纳(Sol Gruner)和维特·埃尔塞(Veit Elser)合作开发了一种电子显微镜像素阵列探测器(EMPAD)，获得了电子显微镜成像分辨率的最新世界纪录——0.39埃(1埃=0.1纳米= 0.000000001米)。
这项成果发表在7月18日的《自然》杂志上。本文的第一作者是穆勒团队的中国物理学博士生蒋易和博士后马可。
EMPAD已获康奈尔大学授权，由Thermo Scientific(原FEI)电子显微镜公司商业化，已收到数十份订单。“EMPAD可以安装在大多数现有的电子显微镜上，有望取代常用的点探测器，也可以作为新电子显微镜的新标准模块。”马可博士说。
通过这项新技术，我们终于可以清晰地识别亚原子结构，这对材料科学领域来说无疑是个好消息。对于纳米晶材料、非晶金属等材料，以前只能通过理论推测其精细结构，现在终于可以精确测量了。
马可博士还说，这种新的电子显微镜方法“可以应用于低剂量成像和大视场亚原子高分辨率成像。也可以重建三维全息的原子分辨结构，从而获得材料的所有结构信息。这些方向是其他现有STEM技术难以实现的，也是电子显微镜学家追求的最终目标。在目前的技术水平上，这种方法已经能够解决材料、物理和化学领域的许多结构问题，如二维材料、能量材料和多孔材料。”
另外，“这种方法目前已经通过3D成像实现，近期有望实现3D成像。因为可以做低剂量成像，所以也可以对蛋白质等生物大分子的结构进行成像。”马可博士说。
“现在我们可以更好地理解整个细胞内过程，”应用和工程物理学助理教授莉娜·库克斯说。低剂量辐射可以实现多次曝光、细胞过程的延时摄影或从不同角度观察同一样品，获得更清晰的3D图像。
Kourkoutis计划利用这些技术与康奈尔癌症代谢物理中心合作，研究癌症如何在细胞之间发展。
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参考:
http://news . Cornell . edu/stories/2018/07/electronic-micro-detector-reasons-record-resolution
http://news . Cornell . edu/stories/2017/03/new-electronic-microscope-sees-more-image
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0298-5
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