Мир под микроскопом: как рентгенография открывает новые горизонты в изучении микрочипов

Представьте себе, что вы можете взглянуть внутрь микрочипа с такой точностью, что видны самые мельчайшие его детали. Звучит как фантастика, но это уже реальность благодаря международной команде исследователей. В сотрудничестве с EPFL Lausanne, ETH Zurich и Университетом Южной Калифорнии учёные из Института Пауля Шеррера (PSI) достигли нового мирового рекорда по разрешению изображения микрочипа. Их работа опубликована в журнале *Nature* и представляет собой важный шаг вперед в области информационных технологий и биологических наук.

С момента создания Лаборатории макромолекул и биовизуализации в 2010 году, ученые из PSI стремились создать трехмерные изображения в нанометровом диапазоне. И вот, благодаря объединению усилий с коллегами из Швейцарии и США, им впервые удалось сделать снимки современных микрочипов с разрешением 4 нанометра - это новый мировой рекорд!

Вместо использования линз, которые пока не способны дать такие мелкие детали, ученые применили технику, известную как птихография. В этой методике компьютер комбинирует множество отдельных изображений для создания одного, невероятно высокого разрешения. Ключ к успеху – короткое время экспозиции и оптимизированный алгоритм.

Микрочипы – это настоящие чудеса инженерной мысли. В продвинутых интегральных схемах можно упаковать более 100 миллионов транзисторов на квадратный миллиметр, и эта тенденция продолжается. Понимание структуры микрочипов столь же сложно, как и их создание.

Обычно сканирующие электронные микроскопы способны давать разрешение в несколько нанометров, однако они могут изображать только поверхность. А вот рентгеновская томография может создавать трехмерные изображения без деструктивного вмешательства, так как рентгеновские лучи проникают глубже в материал.

Птихография – это решение проблемы. В этой технике рентгеновский луч не фокусируется на нанометровом уровне; вместо этого образец перемещается по нанометровому масштабу. "Наш образец перемещается так, чтобы луч следовал за точно определенной сеткой, как по ситу," - объясняет физик Мирко Холлер. Это позволяет получать достаточно информации для восстановления изображения с высокой четкостью, используя алгоритм.

Однако учёные столкнулись с проблемой: луч рентгеновского излучения был нестабильным и немного "раскачивался", что приводило к размытым изображениями при длительной экспозиции. Решение нашли, сократив время экспозиции и используя новый, быстрый детектор.

Результатом была гора данных: множество снимков для каждого положения луча. Объединив эти снимки с использованием нового алгоритма, учёные смогли нивелировать влияние движения луча, сохранив высокое разрешение.

Новая техника птихографической рентгенографии имеет широкий спектр применения. Она не ограничивается микрочипами, но может применяться и к другим образцам, таким как материалы и биологические объекты.

Источник:
DOI: 10.1038/s41586-024-07615-6

=======================
Поддержите наш проект: подпишитесь на канал, поставьте ваши реакции или напишите комментарий, а также подписывайтесь на страницы нашего проекта на YouTube, VK и на сервисе поддержки авторов Бусти. Заранее спасибо!