Вченим вдалося створити тривимірну карту наночастинки

Вченим з відділу Molecular Foundry Національної лабораторії в Берклі вперше в історії науки вдалося створити високоточну карту, яка містить дані про місцезнаходження кожного їх 23 тисяч атомів, з яких складається крихітна залізно-платинова наночастинока.

Як “картографічний” інструмент вчені використовували один з найпотужніших в світі електронних мікроскопів, а отримані дані дозволять вченим вивчити особливості внутрішньої структури наночастки. Це, в свою чергу, дозволить більш ефективно використовувати магнітні властивості таких наночастинок в високоплотних пристроях зберігання даних наступного покоління, наприклад.

Створена тривимірна реконструкція демонструє розташування окремих атомів з безпрецедентним на сьогоднішній день рівнем деталізації. Це дозволяє визначити хімічний “порядок і безладдя” всередині окремих «зерняток» металевого сплаву і рівень впливу кожного окремого атома на магнітні і хімічні властивості частинки в цілому.

Слід зазначити, що подібні спроби складання атомарних “карт” різних матеріалів робилися і раніше. Тільки для цього вчені використовували технологію атомно-електронної томографії. Такої високої роздільної здатності, як в останньому випадку, за допомогою томографії отримати не вдавалося, але і тих даних, які були отримані, вже вистачало для розробки нових ефективних каталізаторів, більш міцних матеріалів і т.п.

У своїй роботі вчені використовували результати попередніх досліджень, в ході яких були виміряні координати положення трьох тисяч атомів наконечника вольфрамової голки. Точність визначення координат становила 19 пікометр (19 тріліонних часток метра), що менше розмірів атома водню, самого маленького атома в природі. Нинішня атомарна карта наночастинки має таку ж точність, але новий підхід вже дозволив вченим диференціювати атоми різних хімічних елементів і скласти карту розташування десятків тисяч окремих атомів.

Як уже згадувалося вище, вчені в своїй роботі використовували один з найпотужніших електронних мікроскопів. Цей мікроскоп, TEAM I, розташований в Національному центрі електронної мікроскопії. Мікроскоп працює, просвічуючи досліджуваний зразок сфокусованим електронним променем, а його датчик отримує картину взаємодії електронів променя з атомами матеріалу зразка. Рухомий стіл мікроскопа наводиться в дію п’єзоелектричними приводами, що забезпечують неперевершений рівень точності і стабільності позиціонування зразка.

Мікроскоп TEAM I отримує за один прохід двомірну картинку одного шару досліджуваного зразка. Тому вченим довелося провести безліч повторних проходів, за кожен з яких було отримано зображення одного шару. І, врешті-решт, за допомогою спеціальних алгоритмів набір двомірних знімків був перетворений в повну тривимірну карту. Отримана карта містить дані про становище 6569 атомів заліза і 16637 атомів платини, а координати кожного атома вказані з точністю, меншою, ніж розмір одного атома водню.