Результаты демонстрируют, что положения десятков тысяч атомов могут быть точно определены и затем поданы в вычисления квантовой механики, чтобы коррелировать недостатки и дефекты со свойствами материала на уровне единственного атома. Это исследование будет издано 2 февраля. в журнале Nature.Джиэнвеи (Джон) Мяо, преподаватель Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе физики и астрономии и члена Института NanoSystems Калифорнии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, возглавил международную команду в отображении деталей атомного уровня биметаллической наночастицы, больше чем триллион из которых мог соответствовать в зерне песка.
«Никто не видел этот вид трехмерной структурной сложности с такой деталью прежде», сказал Мяо, который является также заместителем директора Центра Науки и техники на Функциональном Отображении В реальном времени. Этот новый финансируемый национальным научным фондом консорциум состоит из ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и пяти других колледжей и университетов, которые используют отображение с высоким разрешением, чтобы обратиться к вопросам в физике, науках о жизни и разработке.Мяо и его команда сосредоточились на сплаве железной платины, очень перспективном материале для магнитных носителей данных следующего поколения и приложений постоянного магнита.Беря повторные изображения наночастицы железной платины с современным электронным микроскопом в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и используя сильные алгоритмы реконструкции, разработанные в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, исследователи определили точное трехмерное расположение атомов в наночастице.
«Впервые, мы видим отдельные атомы и химический состав в трех измерениях. Все, на что мы смотрим, это новое», сказал Мяо.Команда определила и определила местонахождение больше чем 6 500 железа и 16 600 атомов платины и показала, как атомы устроены в девяти зернах, каждое из которых содержит различные отношения атомов железа и платины.
Мяо и его коллеги показали, что атомы ближе в интерьер зерна более регулярно устраиваются, чем те около поверхностей. Они также заметили, что интерфейсы между зерном, названным границами зерна, более беспорядочны.«Понимание трехмерных структур границ зерна является основной проблемой в материаловедении, потому что они сильно влияют на свойства материалов», сказал Мяо. «Теперь мы в состоянии обратиться к этой проблеме, точно планируя трехмерные атомные положения на границах зерна впервые».Исследователи тогда использовали трехмерные координаты атомов как исходные данные в вычисления квантовой механики, чтобы определить магнитные свойства наночастицы железной платины.
Они наблюдали резкие изменения в магнитных свойствах на границах зерна.«Эта работа делает значительные шаги вперед в возможностях характеристики и расширяет наше фундаментальное понимание отношений собственности структуры, которое, как ожидают, найдет широкое применение в физике, химии, материаловедении, нанонауке и нанотехнологиях», сказал Мяо.В будущем, в то время как исследователи продолжают определять трехмерные атомные координаты большего количества материалов, они планируют установить банк данных онлайн для физики, аналогичной банкам данных белка для биологического и наук о жизни. «Исследователи могут использовать этот банк данных, чтобы изучить свойства материала действительно на уровне единственного атома», сказал Мяо.
Мяо и его команда также надеются применить их метод под названием GENFIRE (Обобщенный Фурье Повторяющаяся Реконструкция) к биологическому и медицинскому применению. «Наш трехмерный алгоритм реконструкции мог бы быть полезен для отображения как снимки компьютерной томографии», сказал Мяо. По сравнению с обычными методами реконструкции GENFIRE требует, чтобы меньше изображений собрало точную трехмерную структуру.
Это означает, что чувствительные к радиации объекты могут быть изображены с более низкими дозами радиации.