(Phys.org)—Onderzoekers hebben de eerste beeldvormingstechniek ontwikkeld die duidelijk in moleculaire structuren kan kijken, en hebben het gebruikt om 3D-hologrammen te maken van de atomaire rangschikkingen in deze structuren. Voor nu, betrouwbare beeldvormingstechnieken (bijv. scanning tunneling microscopie) kon alleen de oppervlakken van moleculen scannen. Het vermogen om diep in een moleculaire structuur te kijken en alle individuele atomen te zien, zal essentieel zijn voor het ontwikkelen van nieuwe materialen en het begrijpen van hun unieke fysische en chemische eigenschappen.

De onderzoekers, Tobias Luhr et al. , hebben een paper over de nieuwe beeldvormingstechniek gepubliceerd in een recent nummer van Nano-letters .

Tot nu, er is geen directe methode die de binnenkant van kleine moleculen kan zien - de exacte rangschikking van de atomen in de meeste moleculen kon alleen indirect worden onderzocht of theoretisch worden voorspeld. Dit gebrek aan experimentele informatie heeft een probleem opgeleverd, omdat om de relatie tussen de structuur van een molecuul en zijn eigenschappen te begrijpen, wetenschappers moeten de precieze atomaire rangschikking kennen.

Eerder, onderzoekers hebben geprobeerd moleculaire structuren in beeld te brengen met behulp van holografische technieken, maar deze beelden hadden last van ernstige artefacten, en zelfs de beste afbeeldingen hadden toegang tot niet meer dan 10 atomen.

De nieuwe holografische beeldvormingsmethode verbetert aanzienlijk ten opzichte van de vorige methoden:het elimineert bijna volledig beeldartefacten, heeft het vermogen om duizenden atomen in beeld te brengen, en kan ook onderscheid maken tussen verschillende soorten atomen. De onderzoekers demonstreerden de techniek door 3D-hologrammen van pyriet (FeS ₂ ).

De holografiemethode werkt door elektronengolven van de atomen van een molecuul te verstrooien. Interferentie tussen de uitgezonden en verstrooide elektronengolven creëert diffractiepatronen. Deze informatie wordt vervolgens gebruikt om 3D-holografische beelden te reconstrueren die de ware locaties van de atomen laten zien.

Een van de sleutels tot het bereiken van de verbeterde prestaties was het gebruik van elektronengolven met veel hogere energieën dan voorheen (enkele duizenden elektronvolt vergeleken met een paar honderd). De hogere energie-elektronengolven kunnen worden beperkt tot een kegelvormig gebied in plaats van zich uit te spreiden zoals de lagere energie-elektronengolven, die verstrooiing vermindert en ongewenste artefacten onderdrukt.

Hoewel een enkel diffractiepatroon gemaakt door hoogenergetische elektronengolven een betrouwbaar beeld kan geven, de onderzoekers verbeterden de beeldkwaliteit verder door het gemiddelde te nemen en ongeveer 20 gereconstrueerde beelden over elkaar heen te leggen, die achtergrondgeluid onderdrukt.

De onderzoekers voorspellen dat, door duidelijk de posities van atomen onder het oppervlak te tonen, de nieuwe methode zal een aanvulling vormen op oppervlaktebeeldvormingstechnieken en nuttig blijken voor toekomstig onderzoek.

© 2016 Fys.org