At bringe atomar mapping til mainstream

Kortlægning af den indre atomare struktur af små partikler er lige blevet nemmere takket være en ny computeralgoritme og grafisk brugergrænseflade (GUI) udviklet af forskere ved og Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) og University of California, Los Angeles.

Fremskridtet bringer et nyt værktøj til området elektrontomografi, som forskerne håber vil udvide anvendeligheden af ​​de teknikker, de bruger til at samle detaljerede 3D-billeder af objekter ved at scanne dem med en elektronstråle. Tomografi giver forskere mulighed for at se ind i et materiale og studere dets indre struktur, som med røntgen og MRI (magnetisk resonansbilledscanning) i lægevidenskaben. Atomelektrontomografi (AET) er blevet stadig vigtigere for præcist at karakterisere en lang række materialer på enkeltatomniveau.

"I modsætning til biologiske strukturer, inden for materialevidenskab er enhver nanopartikels struktur unik – som et snefnug – på atomær skala, sagde Peter Ercius, stabsforsker ved National Center for Electron Microscopy, en facilitet på Berkeley Labs Molecular Foundry. "Med 3-D koordinaterne, du kan begynde at lære om den præcise atomare struktur, og hvordan den struktur giver et materiale dets egenskaber." Molecular Foundry er et videnskabeligt forskningscenter i nanoskala, der er åbent for besøgende forskere fra hele nationen og verden.

For at kortlægge en struktur i 3D, videnskabsmænd afbilder partiklen i 2-D fra flere vinkler og stoler derefter på sofistikerede computeralgoritmer til at konvertere rækken af ​​2-D-projektioner til en 3-D-rekonstruktion af partiklen. Forskerholdet rapporterede tidligere om kortlægning af 3-D-koordinaterne for mere end 3, 000 atomer i en wolframnål med en præcision på 19 billioner af en meter (19 picometer), og 23, 000 atomer i en platin-jern nanopartikel, sammen med at skelne mellem forskellige elementer i den samme partikel.

Forskernes nye computeralgoritme er paralleliseret, hvilket betyder, at dets individuelle opgaver kan opdeles og køres samtidigt på separate computerprocessorer. De separate resultater kombineres derefter for at producere det endelige resultat. Denne evne øger billedbehandlingshastigheden betydeligt.

De håber også at øge tilgængeligheden af ​​deres teknik ved at gøre koden open source, og have en GUI, der er nem at bruge. "Brugergrænsefladen vil give en måde at opsætte beregningerne og analysere resultaterne på, mens den viser alle de tilgængelige muligheder, så brugerne kan optimere deres billedrekonstruktioner, Ercius sagde. "Hver nanostruktur er unik og kræver input fra brugeren for at få de bedste resultater."