Een team van wetenschappers van de Universiteit van Californië, Los Angeles (UCLA) en Northwestern University hebben 3D-afbeeldingen en video's gemaakt van een klein platina-nanodeeltje met atomaire resolutie die nieuwe details van defecten in nanomaterialen onthullen die nog niet eerder zijn gezien.

Voorafgaand aan dit werk, wetenschappers hadden alleen platte, tweedimensionale afbeeldingen om de rangschikking van atomen te bekijken. De nieuwe beeldvormingsmethodologie die is ontwikkeld aan de UCLA en Northwestern, stelt onderzoekers in staat om meer te weten te komen over een materiaal en zijn eigenschappen door atomen vanuit verschillende hoeken te bekijken en te zien hoe ze in drie dimensies zijn gerangschikt.

De studie wordt op 27 maart gepubliceerd door het tijdschrift Natuur .

De auteurs beschrijven dat ze kunnen zien hoe de atomen van een platina-nanodeeltje - slechts 10 namenmeter in diameter - in drie dimensies zijn gerangschikt. Ze identificeren ook hoe de atomen zijn gerangschikt rond defecten in het platina-nanodeeltje.

Vergelijkbaar met hoe CT-scans van de hersenen en het lichaam worden gedaan in een ziekenhuis, de wetenschappers namen vanuit veel verschillende richtingen afbeeldingen van een platina-nanodeeltje en voegden de afbeeldingen vervolgens samen met behulp van een nieuwe methode die de kwaliteit van de afbeeldingen verbeterde.

Deze nieuwe methode is een combinatie van drie technieken:scanning transmissie-elektronenmicroscopie, even schuine tomografie (EST) en driedimensionale Fourier-filtering. In vergelijking met conventionele CT, de gecombineerde methode produceert 3D-beelden van veel hogere kwaliteit en maakt de directe visualisatie van atomen in het platina-nanodeeltje in drie dimensies mogelijk.

"Het visualiseren van de rangschikking van atomen in materialen heeft een belangrijke rol gespeeld in de evolutie van moderne wetenschap en technologie, " zei Jianwei (John) Miao, die het werk leidde. Hij is hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de UCLA en onderzoeker bij het California NanoSystems Institute aan de UCLA.

"Onze methode maakt de 3D-beeldvorming van de lokale structuren in materialen mogelijk met atomaire resolutie, en het zal naar verwachting toepassing vinden in materiaalwetenschappen, nanowetenschap, vaste stof fysica en chemie, " hij zei.

"Het blijkt dat er details zijn die we alleen kunnen zien als we materialen in drie dimensies kunnen bekijken, " zei co-auteur Laurence D. Marks, een professor in materiaalkunde en techniek aan de McCormick School of Engineering and Applied Science in Northwestern.

"We hebben al lang vermoedens dat er meer aan de hand was dan we konden zien aan de platte beelden die we hadden, "Zei Marks. "Dit werk is de eerste demonstratie dat dit waar is op atomaire schaal."

Nanotechnologie-expert Pulickel M. Ajayan, de Benjamin M. en Mary Greenwood Anderson Professor of Engineering aan de Rice University complimenteerden het onderzoek.

"Dit is de eerste keer dat de driedimensionale structuur van dislocaties in nanodeeltjes direct is onthuld met atomaire resolutie, "Ajayan zei. "Het elegante werk demonstreert de kracht van elektronentomografie en leidt tot mogelijkheden om de structuur van nanodeeltjes direct te correleren met eigenschappen, allemaal in volledige 3D-weergave."

Defecten kunnen veel eigenschappen van materialen beïnvloeden, en een techniek voor het visualiseren van deze structuren met atomaire resolutie zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten die gunstig zijn voor onderzoekers in een breed scala van gebieden.

"Veel van wat we weten over hoe materialen werken, of het nu een katalysator is in het uitlaatsysteem van een auto of het display op een smartphone, is afkomstig van elektronenmicroscoopbeelden van hoe de atomen zijn gerangschikt, " zei Marks. "Deze nieuwe beeldvormingsmethode zal de atomaire wereld van nanodeeltjes openen."