長期以來，光學顯微鏡面臨一道難以逾越的“尺寸鴻溝”：若將原子比作一粒沙子，光波則如同海洋波浪——由于二者尺寸差異懸殊，光波在傳播時往往會“錯過”原子，導致科學家無法通過傳統光學顯微鏡觀察并解析單個原子。盡管超分辨率技術已突破衍射極限，能呈現分子尺度的特征，但對原子級別的觀測仍束手無策，這一困境直至近日才被MIT團隊的新成果打破。

    DIGIT技術：以“原子座位表”實現精準定位
    MIT電氣工程與計算機科學系（EECS）研究生段玉琴（化名Sophia）與教授德克?恩格倫德領銜的團隊，開發出一種名為“離散網格成像技術（DIGIT）”的計算成像方法。該技術的核心突破在于，將材料已知的原子構型作為“先驗知識”，如同借助“座位表”定位原子的精確位置。
    “以往的方法只能判斷原子所在區域，而DIGIT能憑借‘座位表’般的原子布局，精準指出原子坐在哪個‘座位’上。”段玉琴解釋道。具體而言，若科學家對材料的原子結構有大致了解（如晶體材料的重復網格、部分蛋白質的有序分子鏈），便可將這種結構作為“模板”，通過計算匹配，確定單個原子的最可能位置。
    經測試，DIGIT技術的定位精度達到0.178埃（1埃為0.1納米，約等于單個原子寬度的一半），這一分辨率讓光學顯微鏡首次具備解析原子級特征的能力，且適用范圍覆蓋所有已知原子結構的材料。

    實驗驗證：鉆石晶格中的硅原子“顯形記”
    為驗證DIGIT的有效性，團隊以鉆石為實驗樣本——鉆石的微觀結構是學界公認的規律碳原子網格（晶格），具備清晰的“原子地圖”。研究人員在MIT.nano設施中，刻意移除鉆石晶格中的部分碳原子，并用硅原子替代，目標是精準識別這些硅原子的位置。
    實驗分為兩步：首先，利用成熟的超分辨率顯微鏡技術，以特定波長的激光照射鉆石樣本（該波長僅與硅原子共振，不與碳原子反應），初步生成硅原子的圖像。但受限于光學原理，這些圖像僅呈現為均勻的模糊光斑，無法區分單個原子的具體位置。
    隨后，團隊引入DIGIT技術進行“圖像銳化”。由于硅原子是替代碳原子存在于晶格中，必然遵循鉆石晶格的間距規則（任意兩個硅原子的距離為晶格原子間距的整數倍），研究人員據此模擬出鉆石晶格的多種方向與旋轉角度，將其與模糊圖像疊加匹配。“原子并非隨機分布，而是坐在晶體網格上，我們正是利用這一特性消除模糊。”段玉琴表示。最終，技術成功以0.178埃的精度定位出單個硅原子，創下光學成像技術的分辨率新紀錄。

    對比電子顯微鏡：更靈活的“原子觀測方案”
    此前，觀測原子級特征依賴透射或掃描電子顯微鏡，這類設備雖能生成高清原子圖像，但存在顯著局限：需在真空、高能環境下運行，且僅適用于超薄、合成或固態材料，對脆弱的生物樣本更是“過于劇烈”，無法適用。
    而DIGIT技術依托光學原理，既突破了電子顯微鏡的應用場景限制，又延續了超分辨率顯微鏡的優勢——無需極端環境，可對更多樣的材料（包括生物樣本）進行觀測。同時，團隊已將DIGIT代碼上傳至GitHub平臺，供全球科研人員免費使用（僅需樣本具備已知原子結構）。

    開啟原子尺度研究新范式
    “這一突破將光學顯微鏡帶入原子尺度領域，此前人們普遍認為只有電子顯微鏡或X射線能做到這一點。”段玉琴強調。從應用價值來看，DIGIT技術將為兩大領域提供關鍵支撐：其一，指導量子設備設計——這類設備需將單個原子精確放置在晶體中，DIGIT的高精度定位可解決核心技術難題；其二，解析先進材料特性——通過觀測缺陷、雜質在半導體、超導體中的原子級分布，助力研發性能更優的新材料。

    目前，相關研究成果已發表于國際權威期刊《自然?通訊》（NatureCommunications）。業界認為，DIGIT技術不僅填補了光學顯微鏡觀測原子的空白，更開創了“超分辨率技術+材料物理約束”的研究新思路，為材料科學、量子科技、生物學等領域的原子級研究提供了全新工具。