Forskare har skapat hologram av tusentals atomer inuti molekylära strukturer med hjälp av information från elektrondiffraktionsmönster. Kredit:Lühr et al. ©2016 American Chemical Society
(Phys.org) – Forskare har utvecklat den första bildtekniken som tydligt kan se inuti molekylära strukturer, och har använt det för att skapa 3D-hologram av atomarrangemangen inuti dessa strukturer. Före nu, tillförlitliga bildtekniker (t.ex. scanning tunneling microscopy) kunde bara skanna ytorna på molekyler. Förmågan att titta djupt in i en molekylstruktur och se alla individuella atomer kommer att vara avgörande för att utveckla nya material och förstå deras unika fysikaliska och kemiska egenskaper.
Forskarna, Tobias Lühr et al. , har publicerat en artikel om den nya avbildningstekniken i ett färskt nummer av Nanobokstäver .
Tills nu, det har inte funnits någon direkt metod som kan se insidan av små molekyler – det exakta arrangemanget av atomerna i de flesta molekyler kunde endast undersökas indirekt eller förutsägas teoretiskt. Denna brist på experimentell information har ställt till ett problem, för att förstå sambandet mellan en molekyls struktur och dess egenskaper, forskare behöver veta det exakta atomarrangemanget.
Tidigare, forskare har försökt att avbilda molekylära strukturer med hjälp av holografiska tekniker, men dessa bilder led av allvarliga artefakter, och även de bästa bilderna kunde inte komma åt mer än 10 atomer.
Den nya holografiska avbildningsmetoden förbättras avsevärt jämfört med de tidigare metoderna:Den eliminerar nästan helt bildartefakter, har förmågan att avbilda tusentals atomer, och kan även skilja mellan olika typer av atomer. Forskarna demonstrerade tekniken genom att skapa 3D -hologram av pyrit (FeS 2 ).
Holografimetoden fungerar genom att sprida elektronvågor från en molekyls atomer. Interferens mellan de utsända och spridda elektronvågorna skapar diffraktionsmönster. Denna information används sedan för att rekonstruera holografiska 3D-bilder som visar atomernas verkliga positioner.
En av nycklarna för att uppnå den förbättrade prestandan var att använda elektronvågor med mycket högre energier än tidigare (flera tusen elektronvolt jämfört med några hundra). Elektronen med högre energi kan begränsas inom en konformad region istället för att sprida sig ut som elektronen med lägre energi, som minskar spridning och undertrycker oönskade artefakter.
Även om ett enda diffraktionsmönster skapat av högenergielektronvågor kan ge en tillförlitlig bild, forskarna förbättrade ytterligare bildkvaliteten genom att genomsnitt och överlagra cirka 20 rekonstruerade bilder, som dämpar bakgrundsljud.
Forskarna förutspår att genom att tydligt visa atomernas positioner under ytan, den nya metoden kommer att komplettera ytavbildningstekniker och vara användbar för framtida undersökningar.
© 2016 Phys.org
