Ptychography has emerged as a nondestructive tool to quantitatively study extended samples at a high spatial resolution. In this manuscript, we report on recent developments from our team. We have combined cryo ptychography and fluorescence microscopy to provide simultaneous views of ultrastructure and elemental composition, we have developed multi-GPU parallel computation to speed up ptychographic reconstructions, and we have implemented fly-scan ptychography to allow for faster data acquisition. We conclude with a discussion of future challenges in high-resolution 3D ptychography.

1.
J.
Rodenburg
,
A.
Hurst
,
A.
Cullis
,
B.
Dobson
,
F.
Pfeiffer
,
O.
Bunk
,
C.
David
,
K.
Jefimovs
, and
I.
Johnson
,
Physical Review Letters
98
,
034801
(
2007
).
2.
P.
Thibault
,
M.
Dierolf
,
A.
Menzel
,
O.
Bunk
,
C.
David
, and
F.
Pfeiffer
,
Science
321
,
379
382
(
2008
).
3.
A.
Schropp
,
P.
Boye
,
J. M.
Feldkamp
,
R.
Hoppe
,
J.
Patommel
,
D.
Samberg
,
S.
Stephan
,
K.
Giewekemeyer
,
R. N.
Wilke
,
T.
Salditt
,
J.
Gulden
,
A. P.
Mancuso
,
I. A.
Vartanyants
,
E.
Weckert
,
S.
Schöder
,
M.
Burghammer
, and
C. G.
Schroer
,
Applied Physics Letters
96
,
091102
(
2010
).
4.
R. N.
Wilke
,
M.
Priebe
,
M.
Bartels
,
K.
Giewekemeyer
,
A.
Diaz
,
P.
Karvinen
, and
T.
Salditt
,
Optics Express
20
,
19232
19254
(
2012
).
5.
D. J.
Vine
,
D.
Pelliccia
,
C.
Holzner
,
S.
Baines
,
A.
Berry
,
I.
McNulty
,
S.
Vogt
,
A. G.
Peele
, and
K.
Nugent
,
Optics Express
20
,
18287
18296
(
2012
).
6.
P.
Godard
,
G.
Carbone
,
M.
Allain
,
F.
Mastropietro
,
G.
Chen
,
L.
Capello
,
A.
Diaz
,
T. H.
Metzger
,
J.
Stangl
, and
V.
Chamard
,
Nature Communications
2
,
568
6
(
2011
).
7.
Y.
Takahashi
,
A.
Suzuki
,
S.
Furutaku
,
K.
Yamauchi
,
Y.
Kohmura
, and
T.
Ishikawa
,
Physical Review B
87
,
121201
(R) (
2013
).
8.
A.
Tripathi
,
J.
Mohanty
,
S. H.
Dietze
,
O. G.
Shpyrko
,
E.
Shipton
,
E. E.
Fullerton
,
S. S.
Kim
, and
I.
McNulty
,
Proceedings of the National Academy of Sciences
108
,
13393
13398
(
2011
).
9.
A. M.
Maiden
,
G. R.
Morrison
,
B.
Kaulich
,
A.
Gianoncelli
, and
J. M.
Rodenburg
,
Nature Communications
4
,
1669
(
2013
).
10.
D. A.
Shapiro
,
Y.-S.
Yu
,
T. T. Jordi
Cabana
,
R.
Celestre
,
W.
Chao
,
K.
Kaznatcheev
,
A. L. D.
Kilcoyne
,
F. M. Stefano
Marchesini
,
Y. S.
Meng
,
T.
Warwick
,
L. L.
Yang
, and
H. A.
Padmore
,
Nature Photonics
8
,
765
769
(
2014
).
11.
M.
Dierolf
,
A.
Menzel
,
P.
Thibault
,
P.
Schneider
,
C.
Kewish
,
R.
Wepf
,
O.
Bunk
, and
F.
Pfeiffer
,
Nature
467
,
436
439
(
2010
).
12.
M.
Holler
,
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
P.
Karvinen
,
E.
Färm
,
E.
Härkönen
,
M.
Ritala
,
A.
Menzel
,
J.
Raabe
, and
O.
Bunk
,
Scientific Reports
4
,
3857
(
2014
).
13.
S.
Chen
,
J.
Deng
,
Y.
Yuan
,
C.
Flachenecker
,
R.
Mak
,
B.
Hornberger
,
Q.
Jin
,
D.
Shu
,
B.
Lai
,
J.
Maser
,
C.
Roehrig
,
T.
Paunesku
,
S.
Gleber
,
D.
Vine
,
L.
Finney
,
J.
Von Osinski
,
M.
Bolbat
,
I.
Spink
,
Z.
Chen
,
J.
Steele
,
D.
Trapp
,
J.
Irwin
,
M.
Feser
,
E.
Snyder
,
K.
Brister
,
C.
Jacobsen
,
G.
Woloschak
, and
S.
Vogt
,
Journal of Synchrotron Radiation
21
,
66
75
(
2014
).
14.
J.
Deng
,
D. J.
Vine
,
S.
Chen
,
Y. S. G.
Nashed
,
Q.
Jin
,
N. W.
Phillips
,
T.
Peterka
,
R.
Ross
,
S.
Vogt
, and
C. J.
Jacobsen
,
Proceedings of the National Academy of Sciences
112
,
2314
2319
(
2015
).
15.
Y. S.
Nashed
,
D. J.
Vine
,
T.
Peterka
,
J.
Deng
,
R.
Ross
, and
C.
Jacobsen
,
Optics Express
22
,
223015
(
2014
).
16.
M.
Guizar-Sicairos
,
I.
Johnson
,
A.
Diaz
,
M.
Holler
,
P.
Karvinen
,
H. C.
Stadler
,
R.
Dinapoli
,
O.
Bunk
, and
A.
Menze
,
Optics Express
22
,
14859
14870
(
2014
).
17.
M.
Eriksson
,
J. F.
van der Veen
, and
C.
Quitmann
,
Journal of Synchrotron Radiation
21
,
837
842
(
2014
).
18.
J. N.
Clark
,
X.
Huang
,
R. J.
Harder
, and
I. K.
Robinson
,
Optics Letters
39
,
6066
6069
(
2014
).
19.
P. M.
Pelz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
P.
Thibault
,
I.
Johnson
,
M.
Holler
, and
A.
Menzel
,
Applied Physics Letters
105
,
251101
(
2014
).
20.
J.
Deng
,
Y. S. G.
Nashed
,
S.
Chen
,
N. W.
Phillips
,
T.
Peterka
,
R.
Ross
,
S.
Vogt
,
C.
Jacobsen
, and
D. J.
Vine
,
Optics Express
23
,
5438
5451
(
2015
).
21.
X.
Huang
,
K.
Lauer
,
J. N.
Clark
,
W.
Xu
,
E.
Nazaretski
,
R.
Harder
,
I. K.
Robinson
, and
Y. S.
Chu
,
Scientific Reports
5
,
9074
(
2015
).
22.
E.
Lombi
,
M. D.
Jonge
,
E.
Donner
,
C. G.
Ryan
, and
D.
Paterson
,
Analytical and Bioanalytical Chemistry
400
,
1637
1644
(
2011
).
23.
P.
Thibault
, and
A.
Menzel
,
Nature
494
,
68
74
(
2013
).
24.
D.
Gursoy
,
F.
De Carlo
,
X.
Xiao
, and
C.
Jacobsen
,
Journal of Synchrotron Radiation
21
,
1188
1193
(
2014
).
25.
Y.
Wang
,
C.
Jacobsen
,
J.
Maser
, and
A.
Osanna
,
Journal of Microscopy
197
,
80
93
(
2000
).
26.
H.
Chapman
,
A.
Barty
,
S.
Marchesini
,
A.
Noy
,
S. P.
Hau-Riege
,
C.
Cui
,
M.
Howells
,
R.
Rosen
,
H.
He
,
J.
Spence
,
U.
Weierstall
,
T.
Beetz
,
C.
Jacobsen
, and
D.
Shapiro
,
Journal of the Optical Society of America A
23
,
1179
1200
(
2006
).
27.
A.
Diaz
,
P.
Trtik
,
M.
Guizar-Sicairos
,
A.
Menzel
,
P.
Thibault
, and
O.
Bunk
,
Physical Review B
85
,
020104
(
2012
).
28.
M.
Holler
,
J.
Raabe
,
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
C.
Quitmann
,
A.
Menzel
, and
O.
Bunk
,
Review of Scientific Instruments
83
,
073703
(
2013
).
29.
P.
Trtik
,
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
A.
Menzel
, and
O.
Bunk
,
Cement & Concrete Composites
36
,
71
77
(
2013
).
30.
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
A.
Poeppel
,
A.
Menzel
, and
O.
Bunk
,
Carbon
67
,
98
103
(
2014
).
31.
J. C.
da Silva
,
K.
Mader
,
M.
Holler
,
D.
Haberthür
,
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
W.
Cheng
,
Y.
Shu
,
J.
Raabe
,
A.
Menzel
, and
J. A.
van Bokhoven
,
ChemCatChem Communications
7
,
413
416
(
2015
).
32.
I.
Zanette
,
B.
Enders
,
M.
Dierolf
,
P.
Thibault
,
R.
Gradl
,
A.
Diaz
,
M.
Guizar-Sicairos
,
A.
Menzel
,
F.
Pfeiffer
, and
P.
Zaslansky
,
Scientific Reports
5
,
9210
(
2015
).
33.
A. M.
Maiden
,
M. J.
Humphry
, and
J. M.
Rodenburg
,
Journal of the Optical Society of America A
29
,
1606
1614
(
2012
).
34.
A.
Suzuki
,
S.
Furutaku
,
K.
Shimomura
,
K.
Yamauchi
,
Y.
Kohmura
,
T.
Ishikawa
, and
Y.
Takahashi
,
Physical Review Letters
112
,
053903
(
2014
).
This content is only available via PDF.