维多利亚大学（UVic）的研究人员在电子显微镜领域取得了里程碑式的突破。他们开发出一种革命性技术，能够以远低于传统成本的设备，实现前所未有的原子级成像分辨率。由亚瑟·布莱克本（Arthur Blackburn）领导的团队，利用一台紧凑型扫描电子显微镜（SEM），成功达到了0.67埃（Ångström）的亚埃级分辨率。此前，要实现这种精度，通常需要昂贵且庞大的透射电子显微镜（TEM）。
本周发表在《自然通讯》（Nature Communications）上的这项研究，标志着高分辨率显微成像领域的一次范式转变，有望在全球范围内的实验室中普及这一技术。维多利亚大学高级显微镜设施的联席主任兼日立高新科技加拿大高级电子显微镜研究主席布莱克本表示：“这项工作表明，高分辨率成像不再需要依赖昂贵、复杂的设备。”这一突破使得原子级成像变得触手可及，摆脱了以往高精度成像所必需的高昂成本、巨大的空间需求和专业人员配置等限制。
革命性成像技术
这项突破的核心是一种名为“叠层衍射成像”（ptychography）的计算成像方法。该技术通过重构散射电子的重叠衍射图样，来获取高精度的图像。在20千电子伏特（keV）的能量水平下，这项技术实现了比单个原子还要小、大约是人类头发丝万分之一宽度的分辨率。传统的亚埃级成像通常需要高能电子束和造价远高于本次研究中使用的扫描电子显微镜的透射电子显微镜。
这一进展得益于叠层衍射成像技术在各个科学领域日益增长的应用势头。近期研究已经展示了叠层衍射成像在实时重构和增强成像稳定性方面的巨大潜力，使得维多利亚大学的这项突破在全球快速发展的技术格局中占据了前沿位置。这项技术成功克服了长期以来限制电子显微镜发展的分辨率瓶颈，能够直接为研究人员提供可解读的相位和振幅信息。
颠覆性应用前景
这项技术的深远影响将惠及多个科学领域，在材料科学、纳米技术和结构生物学方面有着立竿见影的应用。布莱克本强调，这一进展“将最直接地造福于二维材料的研究与生产，这些材料在下一代电子产品开发中前景广阔”。从长远来看，该技术还可用于解析小型蛋白质结构，有望加速健康和疾病领域的研究进程。
这项研究是在与日立高新科技加拿大公司（Hitachi High-Tech Canada）的合作下进行的，并获得了加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）的支持。此次合作也反映了业界对电子显微镜创新技术的广泛投入。据预测，全球电子显微镜市场价值将在2025年达到48.5亿美元，并有望在2034年突破100亿美元。这项突破将加拿大研究机构置于可及性显微镜技术的前沿，有望重塑全球实验室进行原子级成像的方式。
