Un team di scienziati dell'Università della California, Los Angeles (UCLA) e la Northwestern University hanno prodotto immagini e video 3D di una minuscola nanoparticella di platino a risoluzione atomica che rivelano nuovi dettagli di difetti nei nanomateriali mai visti prima.

Prima di questo lavoro, gli scienziati avevano solo piatto, immagini bidimensionali con cui visualizzare la disposizione degli atomi. La nuova metodologia di imaging sviluppata presso l'UCLA e la Northwestern consentirà ai ricercatori di saperne di più su un materiale e le sue proprietà osservando gli atomi da diverse angolazioni e osservando come sono disposti in tre dimensioni.

Lo studio sarà pubblicato il 27 marzo dalla rivista Natura .

Gli autori descrivono di essere in grado di vedere come gli atomi di una nanoparticella di platino - solo 10 namometri di diametro - sono disposti in tre dimensioni. Identificano anche come gli atomi sono disposti attorno ai difetti nella nanoparticella di platino.

Simile a come vengono eseguite le scansioni TC del cervello e del corpo in un ospedale, gli scienziati hanno preso immagini di una nanoparticella di platino da molte direzioni diverse e poi hanno messo insieme le immagini utilizzando un nuovo metodo che ha migliorato la qualità delle immagini.

Questo nuovo metodo è una combinazione di tre tecniche:microscopia elettronica a trasmissione a scansione, Tomografia con pendenza uniforme (EST) e filtraggio di Fourier tridimensionale. Rispetto alla TC convenzionale, il metodo combinato produce immagini 3D di qualità molto più elevata e consente la visualizzazione diretta degli atomi all'interno della nanoparticella di platino in tre dimensioni.

"La visualizzazione della disposizione degli atomi nei materiali ha svolto un ruolo importante nell'evoluzione della scienza e della tecnologia moderne, " disse Jianwei (John) Miao, che ha condotto i lavori. È professore di fisica e astronomia all'UCLA e ricercatore presso il California NanoSystems Institute dell'UCLA.

"Il nostro metodo consente l'imaging 3D delle strutture locali nei materiali a risoluzione atomica, e si prevede che troverà applicazione nelle scienze dei materiali, nanoscienza, fisica e chimica dello stato solido, " Egli ha detto.

"Si scopre che ci sono dettagli che possiamo vedere solo quando possiamo guardare i materiali in tre dimensioni, " ha detto il coautore Laurence D. Marks, un professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la McCormick School of Engineering and Applied Science della Northwestern.

"Abbiamo avuto il sospetto per molto tempo che ci fosse più di quanto potessimo vedere dalle immagini piatte che avevamo, " Marks ha detto. "Questo lavoro è la prima dimostrazione che questo è vero su scala atomica".

L'esperto di nanotecnologie Pulickel M. Ajayan, il professore di ingegneria Benjamin M. e Mary Greenwood Anderson alla Rice University si è complimentato con la ricerca.

"Questo è il primo caso in cui la struttura tridimensionale delle dislocazioni nelle nanoparticelle è stata rivelata direttamente a risoluzione atomica, " ha detto Ajayan. "L'elegante lavoro dimostra il potere della tomografia elettronica e porta alla possibilità di correlare direttamente la struttura delle nanoparticelle alle proprietà, il tutto in visione 3D completa."

I difetti possono influenzare molte proprietà dei materiali, e una tecnica per visualizzare queste strutture a risoluzione atomica potrebbe portare a nuove intuizioni utili ai ricercatori in un'ampia gamma di campi.

"Molto di ciò che sappiamo su come funzionano i materiali, che si tratti di un catalizzatore in un sistema di scarico di un'automobile o del display di uno smartphone, proviene da immagini al microscopio elettronico di come sono disposti gli atomi, " Marks ha detto. "Questo nuovo metodo di imaging aprirà il mondo atomico delle nanoparticelle".