Ett team av forskare från University of California, Los Angeles (UCLA) och Northwestern University har producerat 3D-bilder och videor av en liten platinananopartikel i atomär upplösning som avslöjar nya detaljer om defekter i nanomaterial som inte har setts tidigare.

Före detta arbete, forskare hade bara platt, tvådimensionella bilder för att se arrangemanget av atomer. Den nya avbildningsmetodik som utvecklats vid UCLA och Northwestern kommer att göra det möjligt för forskare att lära sig mer om ett material och dess egenskaper genom att se atomer från olika vinklar och se hur de är ordnade i tre dimensioner.

Studien kommer att publiceras den 27 mars av tidskriften Natur .

Författarna beskriver att de kan se hur atomerna i en platinananopartikel - endast 10 namometer i diameter - är ordnade i tre dimensioner. De identifierar också hur atomerna är ordnade runt defekter i platinananopartikeln.

I likhet med hur datortomografi av hjärnan och kroppen görs på ett sjukhus, forskarna tog bilder av en platinananopartikel från många olika håll och satte sedan ihop bilderna med en ny metod som förbättrade kvaliteten på bilderna.

Denna nya metod är en kombination av tre tekniker:sveptransmissionselektronmikroskopi, lika sluttande tomografi (EST) och tredimensionell Fourier-filtrering. Jämfört med konventionell CT, den kombinerade metoden ger mycket högre kvalitet på 3D-bilder och tillåter direkt visualisering av atomer inuti platinananopartikeln i tre dimensioner.

"Visualisering av arrangemanget av atomer i material har spelat en viktig roll i utvecklingen av modern vetenskap och teknik, " sa Jianwei (John) Miao, som ledde arbetet. Han är professor i fysik och astronomi vid UCLA och forskare vid California NanoSystems Institute vid UCLA.

"Vår metod tillåter 3D-avbildning av de lokala strukturerna i material vid atomär upplösning, och det förväntas hitta tillämpning inom materialvetenskap, nanovetenskap, fasta tillståndets fysik och kemi, " han sa.

"Det visar sig att det finns detaljer som vi bara kan se när vi kan titta på material i tre dimensioner, " sa medförfattaren Laurence D. Marks, professor i materialvetenskap och teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science.

"Vi har länge haft misstankar om att det hände mer än vi kunde se på de platta bilderna vi hade, " Sa Marks. "Detta arbete är den första demonstrationen att detta är sant på atomär skala."

Nanoteknikexperten Pulickel M. Ajayan, Benjamin M. och Mary Greenwood Anderson professor i teknik vid Rice University kompletterade forskningen.

"Detta är det första fallet där den tredimensionella strukturen av dislokationer i nanopartiklar har avslöjats direkt vid atomär upplösning, "Ajayan sa. "Det eleganta arbetet visar kraften i elektrontomografi och leder till möjligheter att direkt korrelera strukturen av nanopartiklar till egenskaper, allt i full 3D-vy."

Defekter kan påverka många egenskaper hos material, och en teknik för att visualisera dessa strukturer vid atomär upplösning skulle kunna leda till nya insikter till nytta för forskare inom ett brett spektrum av områden.

"Mycket av det vi vet om hur material fungerar, oavsett om det är en katalysator i ett bilavgassystem eller displayen på en smartphone, har kommit från elektronmikroskopbilder av hur atomerna är ordnade, ", sa Marks. "Denna nya avbildningsmetod kommer att öppna upp atomvärlden av nanopartiklar."