Ilmuwan Sukses Foto Atom Asli Usai Zoom 100 Juta Kali, Ini Penampakannya

Foto atom asli dari kristal praseodymium orthoscandate (PrScO3). Foto ini dihasilkan setelah zoom 100 juta kali. Foto: Cornell University

Para ilmuwan dari Cornell University baru saja memecahkan rekor dunia dalam kategori foto mikroskopis. Mereka berhasil memfoto atom asli beresolusi tinggi yang di-zoom hingga 100 juta kali.

Rekor foto mikroskopis ini punya resolusi yang sangat baik. Bahkan, satu-satunya efek buram yang tersisa di gambar hanya berasal dari guncangan panas dari atom yang bergoyang saat difoto.

“Ini tidak hanya mencetak rekor baru," kata David Muller, profesor teknik dari Cornell University yang memimpin proyek foto mikroskopis ini.

“(Foto) ini mencapai kondisi yang secara efektif akan menjadi batas akhir untuk resolusi. Kita pada dasarnya sekarang dapat mengetahui di mana atom berada dengan cara yang sangat mudah. Ini membuka banyak kemungkinan pengukuran baru dari hal-hal yang sudah lama ingin kami lakukan,” sambungnya.

Dalam sebuah artikel terbaru di jurnal Science yang dipublikasi pada 20 Mei 2021, para penelti Cornell University menjelaskan bahwa foto atom asli tersebut dihasilkan melalui teknik foto mikroskopis bernama ptychography yang dikombinasikan dengan pemrosesan algoritma komputer.

Teknik ptychography dilakukan dengan menggunakan alat electron microscope pixel array detector (EMPAD). Dengan alat ini, peneliti menembakkan elektron ke objek foto dari posisi yang sedikit berbeda berulang kali. Kemudian, dengan membandingkan pola tumpang tindih yang berbeda yang dibentuk oleh sinar yang tersebar, algoritma merekonstruksi objek foto secara presisi hingga satu picometer (sepersetriliun meter).

"Kami mengejar pola bintik yang sangat mirip dengan pola penunjuk laser yang membuat kucing sama-sama terpesona," kata Muller. "Dengan melihat bagaimana pola berubah, kami dapat menghitung bentuk objek yang menyebabkan pola tersebut."

Ini bukan kali pertama Cornell University memecahkan rekor foto mikroskopis. Pada 2018 lalu, mereka telah memecahkan rekor serupa ketika berhasil memfoto atom asli dengan bidang objek seluas 0,039 nanometer (sepersemiliar meter).

Foto atom asli dari Cornell University pada 2018. Foto: Cornell University

Meski berhasil, para peneliti tak begitu puas dengan rekor yang mereka buat pada 2018 karena teknik fotonya masih memiliki kelemahan. Teknik foto ptychography mereka saat itu, yang belum menggunakan EMPAD, hanya sukses menangkap gambar atom asli di sampel yang sangat tipis dengan tebal hanya beberapa atom.

Nah, lewat alat electron microscope pixel array detector (EMPAD), para peneliti Cornell University akhirnya sukses memperbaiki teknik foto mikroskopis. Mereka menggunakan alat tersebut untuk memfoto kristal praseodymium orthoscandate (PrScO3) dengan zoom 100 juta kali.

“Dengan algoritma baru ini, kami sekarang dapat mengoreksi semua keburaman mikroskop kami sampai ke titik bahwa faktor keburaman terbesar yang tersisa (di foto) dihasilkan karena atom itu sendiri yang goyang, karena itulah yang terjadi pada atom pada suhu yang terbatas,” Kata Muller.

Lantas, apa manfaatnya ilmuwan berhasil memfoto atom asli dengan resolusi tinggi?

Menurut peneliti, pencitraan gambar hingga tingkat atom bisa sangat membantu dalam pencitraan semikonduktor, katalis dan bahan kuantum—termasuk yang digunakan dalam komputasi kuantum. Metode pencitraan atomik juga bisa diterapkan pada sel atau jaringan biologis yang tebal.

“Kami ingin menerapkan ini pada semua yang kami lakukan,” kata Muller. “Sampai sekarang, kami semua memakai kacamata yang sangat jelek. Dan sekarang kami benar-benar memiliki pasangan yang sangat bagus. Mengapa Anda tidak ingin melepas kacamata lama, memakai yang baru, dan menggunakannya sepanjang waktu?”