Het in kaart brengen van de interne atomaire structuur van kleine deeltjes is nu nog eenvoudiger geworden dankzij een nieuw computeralgoritme en grafische gebruikersinterface (GUI), ontwikkeld door wetenschappers van en Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) en University of California, Los Angeles.

De vooruitgang brengt een nieuw hulpmiddel op het gebied van elektronentomografie waarvan de onderzoekers hopen dat het de bruikbaarheid zal vergroten van de technieken die ze gebruiken om gedetailleerde 3D-afbeeldingen van objecten samen te stellen door ze te scannen met een elektronenstraal. Met tomografie kunnen onderzoekers in een materiaal kijken en de interne structuur ervan bestuderen, zoals bij röntgenfoto's en MRI's (magnetic resonance imaging-scans) in de medische wetenschap. Atomaire elektronentomografie (AET) is steeds belangrijker geworden voor het nauwkeurig karakteriseren van een breed scala aan materialen op het niveau van één atoom.

"In tegenstelling tot biologische structuren, in de materiaalkunde is de structuur van elk nanodeeltje uniek – zoals een sneeuwvlok – op atomaire schaal, " zei Peter Ercius, stafwetenschapper bij het National Center for Electron Microscopy, een faciliteit in de Molecular Foundry van Berkeley Lab. "Met de 3D-coördinaten, je kunt beginnen te leren over de precieze atomaire structuur en hoe die structuur een materiaal zijn eigenschappen geeft." De Molecular Foundry is een wetenschappelijk onderzoekscentrum op nanoschaal dat openstaat voor bezoekende wetenschappers uit het hele land en de wereld.

Om een ​​structuur in 3D in kaart te brengen, wetenschappers brengen het deeltje in 2D vanuit meerdere hoeken in beeld en vertrouwen vervolgens op geavanceerde computeralgoritmen om de reeks 2D-projecties om te zetten in een 3D-reconstructie van het deeltje. Het onderzoeksteam rapporteerde eerder over het in kaart brengen van de 3D-coördinaten van meer dan 3, 000 atomen in een wolfraamnaald met een precisie van 19 biljoenste van een meter (19 picometer), en 23, 000 atomen in een platina-ijzer nanodeeltje, samen met het onderscheid maken tussen verschillende elementen binnen datzelfde deeltje.

Het nieuwe computeralgoritme van de onderzoekers is geparalleliseerd, wat betekent dat de afzonderlijke taken kunnen worden gesplitst en tegelijkertijd op afzonderlijke computerprocessors kunnen worden uitgevoerd. De afzonderlijke resultaten worden vervolgens gecombineerd om het eindresultaat te produceren. Deze mogelijkheid verhoogt de beeldverwerkingssnelheid aanzienlijk.

Ook hopen ze de toegankelijkheid van hun techniek te vergroten door de code open source te maken, en met een GUI die gemakkelijk te gebruiken is. "De gebruikersinterface biedt een manier om de berekeningen op te zetten en de resultaten te analyseren, terwijl alle beschikbare opties worden weergegeven, zodat gebruikers hun beeldreconstructies kunnen optimaliseren, Ercius zei. "Elke nanostructuur is uniek en vereist input van de gebruiker om de beste resultaten te krijgen."