Отображены координаты более 23000 атомов в технологически важном материале.

Результаты демонстрируют, что положения десятков тысяч атомов могут быть точно идентифицированы и затем использованы в квантово-механических расчетах для корреляции несовершенств и дефектов со свойствами материала на одноатомном уровне. Это исследование будет опубликовано 2 февраля в журнале Nature.

Цзяньвэй (Джон) Мяо, профессор физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и член Калифорнийского института наносистем, возглавлял международную команду по картированию деталей атомного уровня биметаллической наночастицы, более триллиона из которых могли уместиться в крупице песок.«Никто раньше не видел такой трехмерной структурной сложности с такими деталями», — сказал Мяо, который также является заместителем директора Научно-технического центра по функциональной визуализации в реальном времени. Этот новый консорциум, финансируемый Национальным научным фондом, состоит из ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и пяти других колледжей и университетов, которые используют изображения с высоким разрешением для решения вопросов в области физических наук, наук о жизни и инженерии.Мяо и его команда сосредоточились на сплаве железа с платиной, очень многообещающем материале для магнитных носителей информации и постоянных магнитов следующего поколения.

Сделав несколько изображений железо-платиновой наночастицы с помощью передового электронного микроскопа в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли и используя мощные алгоритмы реконструкции, разработанные в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, исследователи определили точное трехмерное расположение атомов в наночастице.«Впервые мы можем видеть отдельные атомы и химический состав в трех измерениях. Все, на что мы смотрим, новое, — сказал Мяо.Команда определила и обнаружила более 6500 атомов железа и 16 600 платины и показала, как атомы расположены в девяти зернах, каждая из которых содержит различное соотношение атомов железа и платины.

Мяо и его коллеги показали, что атомы, расположенные ближе к внутренней части зерен, расположены более равномерно, чем атомы вблизи поверхностей. Они также заметили, что границы раздела между зернами, называемые границами зерен, более неупорядочены.

«Понимание трехмерной структуры границ зерен является серьезной проблемой в материаловедении, потому что они сильно влияют на свойства материалов», — сказал Мяо. «Теперь мы можем решить эту проблему, впервые точно обозначив трехмерное положение атомов на границах зерен».Затем исследователи использовали трехмерные координаты атомов в качестве входных данных для квантово-механических расчетов для определения магнитных свойств железо-платиновой наночастицы. Они наблюдали резкие изменения магнитных свойств на границах зерен.

«Эта работа значительно продвинулась в области определения характеристик и расширила наше фундаментальное понимание взаимосвязи структура-свойство, которое, как ожидается, найдет широкое применение в физике, химии, материаловедении, нанонауке и нанотехнологиях», — сказал Мяо.В будущем, когда исследователи продолжат определять трехмерные атомные координаты большего количества материалов, они планируют создать онлайн-банк данных для физических наук, аналогичный банкам данных по белкам для биологических наук и наук о жизни. «Исследователи могут использовать этот банк данных для истинного изучения свойств материалов на уровне одного атома», — сказал Мяо.Мяо и его команда также надеются применить свой метод под названием GENFIRE (обобщенная итеративная реконструкция Фурье) в биологических и медицинских приложениях. «Наш алгоритм трехмерной реконструкции может быть полезен для визуализации, такой как компьютерная томография», — сказал Мяо.

По сравнению с традиционными методами реконструкции GENFIRE требует меньшего количества изображений для построения точной трехмерной структуры.Это означает, что радиационно-чувствительные объекты можно визуализировать с меньшими дозами радиации.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.