Forskere laver 3D-hologrammer af atomer inde i molekylære strukturer

(Phys.org) – Forskere har udviklet den første billeddannelsesteknik, der tydeligt kan se inde i molekylære strukturer, og har brugt det til at skabe 3D-hologrammer af atomarrangementerne inde i disse strukturer. Før nu, pålidelige billeddannelsesteknikker (f.eks. scanning tunneling mikroskopi) kunne kun scanne overfladerne af molekyler. Evnen til at kigge dybt inde i en molekylær struktur og se alle de individuelle atomer vil være afgørende for at udvikle nye materialer og forstå deres unikke fysiske og kemiske egenskaber.

Forskerne, Tobias Lühr et al. , har udgivet en artikel om den nye billedbehandlingsteknik i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Indtil nu, der har ikke været nogen direkte metode, der kan se indersiden af ​​små molekyler - det nøjagtige arrangement af atomerne i de fleste molekyler kunne kun undersøges indirekte eller forudsiges teoretisk. Denne mangel på eksperimentel information har udgjort et problem, fordi for at forstå forholdet mellem et molekyles struktur og dets egenskaber, videnskabsmænd har brug for at kende det præcise atomarrangement.

Tidligere, forskere har forsøgt at afbilde molekylære strukturer ved hjælp af holografiske teknikker, men disse billeder led af alvorlige artefakter, og selv de bedste billeder kunne ikke få adgang til mere end 10 atomer.

Den nye holografiske billedbehandlingsmetode forbedrer markant i forhold til de tidligere metoder:Den eliminerer næsten fuldstændig billedartefakter, har evnen til at afbilde tusindvis af atomer, og kan også skelne mellem forskellige typer atomer. Forskerne demonstrerede teknikken ved at skabe 3D hologrammer af pyrit (FeS ₂ ).

Holografimetoden virker ved at sprede elektronbølger fra et molekyles atomer. Interferens mellem de udsendte og spredte elektronbølger skaber diffraktionsmønstre. Denne information bruges derefter til at rekonstruere 3D holografiske billeder, der viser atomernes sande placeringer.

En af nøglerne til at opnå den forbedrede ydeevne var at bruge elektronbølger ved meget højere energier end før (flere tusinde elektronvolt sammenlignet med et par hundrede). Elektronbølgerne med højere energi kan begrænses inden for et kegleformet område i stedet for at sprede sig som elektronbølgerne med lavere energi, som reducerer spredning og undertrykker uønskede artefakter.

Selvom et enkelt diffraktionsmønster lavet af højenergielektronbølger kan give et pålideligt billede, forskerne forbedrede billedkvaliteten yderligere ved at tage et gennemsnit og overlejre omkring 20 rekonstruerede billeder, som undertrykker baggrundsstøj.

Forskerne forudser, at ved tydeligt at vise atomernes positioner under overfladen, den nye metode vil supplere overfladebilleddannelsesteknikker og vise sig nyttig til fremtidig forskning.

© 2016 Phys.org