Трудности с исследованием мира на уровне отдельных атомов и молекул соединены не только лишь с тем, что это все весьма и весьма малеханькое, да и с тем, что протекающие в этом мире явления и действия происходят очень стремительно по сопоставлению с событиями, происходящими на наиболее большом уровне масштаба. И не так издавна исследователям из Токийского института удалось запечатлеть на видео движение отдельных молекул, используя новейшую технологию съемки, скорость работы которой составляет 1600 кадров за секунду.
Когда идет речь о обыденных статических снимках, качество отображения определяется только разрешающей способностью матрицы применяемой камеры. Когда же речь входит уже о видеосъемке, свойство видео, кроме разрешающей возможности камеры, определяется к тому же скоростью съемки либо временем, требующимся камере для формирования 1-го кадра. Естественно, что чем больше скорость съемки, тем наиболее резвые процессы могут быть запечатлены на этом видео.
Рядовая трансмиссионная электрическая микроскопия (Transmission electron microscopy, TEM) обеспечивает лучшую пространственную разрешающую способность, но, ее скоростные свойства оставляют желать намного наилучшего. Ученые уже пробовали снять движение атомов с помощью TEM, но наибольшая скорость съемки, которую им удалось получить, составляла всего 16 кадров за секунду. Полностью естественно, что при таковой видеосъемке были стопроцентно пропущены все самые достойные внимания действия, которые происходят на уровне атомов и молекул за сотые либо даже тысячные толики секунды.
В собственных новейших исследовательских работах японские ученые дополнили TEM-микроскоп специальной DED-камерой (Direct Electron Detection), способной снимать со скоростью 1600 кадров за секунду, в 100 раз быстрей, чем это мог созодать обычный датчик TEM-микроскопа. К огорчению, перед учеными здесь же встала неувязка, заключающаяся в высочайшем уровне собственных шумов высокоскоростного электрического датчика. И эту делему удалось решить лишь за счет следующей математической обработки видео с помощью специализированных алгоритмов.
«Для получения высочайшей скорости съемки нужен датчик, владеющий завышенной чувствительностью. Это, к огорчению, также предполагает завышенный уровень шумов» — пишут исследователи, — «Собственные шумы — это неминуемая негативная черта хоть какой электроники. Для компенсации этих шумов и получения четкости видео мы употребляли метод устранения шума Chambolle denoising. Вы, наверняка, и не слышали о таком, хотя он обширно употребляется для улучшения свойства видео, транслируемого в Вебе».
Действующими «лицами» снятого видео являются молекулы фуллерена (бакиболлы), состоящие из 60 атомов углерода, формирующих сферу, напоминающую футбольный мяч. На видео эти сферические молекулы движутся и сталкиваются с внутренней поверхностью стены углеродной нанотрубки, которая из-за этого начинает вибрировать.
Новенькая разработка видеосъемки, будет очень полезной для наблюдения за происходящими событиями на уровне атомов. Но, на данный момент обработка снятой инфы быть может проведена лишь опосля окончания съемки и она, эта обработка, занимает довольно огромное время. Внедрение таковой технологии в режиме настоящего времени станет вероятным только в дальнейшем, когда компы обретут достаточную для таковой задачки вычислительную мощность.
Источник: