Elektrónová 4D kamera zaznamená filmy na úrovni atómov

Experimenty elektrónovej mikroskopie využívajú len zlomok informácií, ktoré vznikajú pri interakcii elektrónového lúča so sledovanými vzorkami.

Tím vedcov z Lawrence Berkeley National Laboratory pri Ministerstve energetiky USA teraz navrhol nový druh elektrónového detektora, ktorý zachytáva všetky informácie z týchto interakcií.

Pozrite siElektrónové mikroskopy odhalia kriminalitu

Národné laboratórium inštalovalo nový elektrónový detektor, schopný zachytiť obrazy na atómovej úrovni oveľa rýchlejšie ako kedykoľvek predtým. Jednou z možných aplikácií technológie je lepšie pochopenie toho, čo sa deje na najmenších úrovniach v batériách a v súčastiach mikročipov. Pomôže to predchádzať ich poškodeniu. Elektrónový mikroskop totiž dokáže odhaliť chyby na úrovni atómov.

Ide o najrýchlejší detektor, aký je v súčasnosti v prevádzke, ktorý otvorí úplne nové možnosti v elektrónovej mikroskopii. Detektor má špeciálne priame spojenie so superpočítačom Cori v laboratóriu National Scientific Research Scientific Computing Center (NERSC), pričom umožní vedcom zaznamenať obrázky v mierke atómov s časovaním rádovo v mikrosekundách. Je pritom 60x rýchlejší ako súčasné detektory.

Elektrónový mikroskop TEAM 0.5 (Transmission Electron Aberration-corrected Microscope)v Berkeley Lab s novým detektorom. ZDROJ | Berkeley Lab

Pozrite siOčná optika sa zmení vďaka nanotechnológiám

Vedcom to umožní namiesto statických záberov doslova natočiť z experimentov celé filmy, takže sa nebudú musieť zaoberať snímaním jednotlivých záberov samostatne.

Ako 60 000 filmov súčasne

Elektrónový detektor, ktorý vedci nazvali 4D kamera, generuje obrovský dátový tok – zhruba  4TB za minútu, čo zodpovedá prenosovej rýchlosti asi 533 Gbit/s. „Toto množstvo údajov je ekvivalentné sledovaniu približne 60 000 HD filmov súčasne,“ povedal Peter Ercius z Molecular Foundry, ktoré je súčasťou Berkeley Lab.

Pozrite siPlášť neviditeľnosti je zas o krok bližšie

Takýto dátový tok však kladie veľké nároky nielen na spracovanie, ale aj na samotný prenos dát. Kvôli tomu vedci vybudovali špeciálnu počítačovú sieť medzi mikroskopom a superpočítačom, ktorý spracúva údaje.

https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=nKkpC3e70A4

Údaje kamery sa prenášajú cez približne stovku optických vlákien do vysokorýchlostného ethernetového pripojenia, približne 1000 krát rýchlejšieho, než priemerná domáca sieť, uviedol Ian Johnson, vedecký pracovník divízie Engineering Berkeley Lab. Sieť prepája mikroskop so spomínaným superpočítačom Cori v NERSC.

Superpočítač dokáže analyzovať údaje za približne 20 sekúnd, aby poskytol vedcom pri mikroskope rýchlu spätnú väzbu. Môžu tak veľmi rýchlo zistiť, či bol experiment úspešný alebo nie.

Nová technológia elektrónovej mikroskopie ponúka unikátne možnosti sledovať procesy na atomárnej úrovni v dynamickej podobe takmer v reálnom čase a spätne sa vrátiť k dôležitým detailom. Vedci tak môžu lepšie pochopiť, čo sa deje pri chemických reakciách a ďalších procesoch.

ZdrojBerkeley Lab

Komentáre k článku