Ученым удалось создать трехмерную карту точного расположения 23 тысяч атомов, из которых состоит одна наночастица - «Наука и технологии»

Ученым из отдела Molecular Foundry Национальной лаборатории в Беркли впервые в истории науки удалось создать высокоточную карту, содержащую данные о местоположении каждого их 23 тысяч атомов, из которых состоит крошечная железно-платиновая наночастица. В качестве "картографического" инструмента ученые использовали один из самых мощных в мире электронных микроскопов, а полученные данные позволят ученым изучить особенности внутренней структуры наночастицы. Это, в свою очередь, позволит с большей эффективностью использовать магнитные свойства таких наночастиц в высокоплотных устройствах хранения данных следующего поколения, к примеру.

Созданная трехмерная реконструкция демонстрирует расположение отдельных атомов с беспрецедентным на сегодняшний день уровнем детализации. Это позволяет определить химический "порядок и беспорядок" внутри отдельных "зернышек" металлического сплава и уровень влияния каждого отдельного атома на магнитные и химические свойства частицы в целом.
Следует отметить, что подобные попытки составления атомарных "карт" разных материалов предпринимались и ранее. Только для этого ученые использовали технологию атомно-электронной томографии. Столь высокой разрешающей способности, как в последнем случае, при помощи томографии получить не удавалось, но и тех данных, которые были получены, уже хватало для разработки новых эффективных катализаторов, более прочных материалов и т.п.

В своей работе ученые использовали результаты предыдущих исследований, в ходе которых были измерены координаты положения трех тысяч атомов наконечника вольфрамовой иглы. Точность определения координат составляла 19 пикометров (19 трилионных долей метра), что меньше размеров атома водорода, самого маленького атома в природе. Нынешняя атомарная карта наночастицы имеет такую же точность, но новый подход уже позволил ученым дифференцировать атомы различных химических элементов и составить карту расположения десятков тысяч отдельных атомов.

Как уже упоминалось выше, ученые в своей работе использовали один из самых мощных электронных микроскопов. Этот микроскоп, TEAM I, расположен в Национальном центре электронной микроскопии. Микроскоп работает, просвечивая исследуемый образец сфокусированным электронным лучом, а его датчик получает картину взаимодействия электронов луча с атомами материала образца. Подвижный стол микроскопа приводится в действие пьезоэлектрическими приводами, обеспечивающими непревзойденный уровень точности и стабильности позиционирования образца.

Микроскоп TEAM I получает за один проход двухмерную картинку одного слоя исследуемого образца. Поэтому ученым пришлось провести множество повторных проходов, за каждый из которых было получено изображение одного слоя. И, в конце концов, при помощи специальных алгоритмов набор двухмерных снимков был превращен в полную трехмерную карту. Полученная карта содержит данные о положении 6569 атомов железа и 16637 атомов платины, а координаты каждого атома указаны с точностью, меньшей, нежели размер одного атома водорода.