La mappatura della struttura atomica interna delle piccole particelle è diventata più semplice grazie a un nuovo algoritmo informatico e interfaccia utente grafica (GUI) sviluppati dagli scienziati e dal Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e dall'Università della California, Los Angeles.

Il progresso porta un nuovo strumento nel campo della tomografia elettronica che i ricercatori sperano amplierà l'utilità delle tecniche che usano per assemblare immagini 3D dettagliate di oggetti scansionandoli con un raggio di elettroni. La tomografia consente ai ricercatori di guardare all'interno di un materiale e studiarne la struttura interna, come con i raggi X e la risonanza magnetica (risonanza magnetica) nella scienza medica. La tomografia elettronica atomica (AET) è diventata sempre più importante per caratterizzare con precisione un'ampia gamma di materiali a livello di singolo atomo.

"A differenza delle strutture biologiche, nella scienza dei materiali la struttura di ogni nanoparticella è unica – come un fiocco di neve – su scala atomica, " disse Pietro Ercio, scienziato del personale del Centro nazionale di microscopia elettronica, una struttura presso la fonderia molecolare di Berkeley Lab. "Con le coordinate 3D, puoi iniziare a conoscere la precisa struttura atomica e come quella struttura conferisce a un materiale le sue proprietà." La Molecular Foundry è un centro di ricerca scientifica su nanoscala aperto a scienziati in visita da tutta la nazione e dal mondo.

Per mappare una struttura in 3-D, gli scienziati immaginano la particella in 2-D da più angolazioni e poi si affidano a sofisticati algoritmi informatici per convertire la serie di proiezioni 2-D in una ricostruzione 3-D della particella. Il team di ricerca ha precedentemente riferito sulla mappatura delle coordinate 3D di più di 3, 000 atomi in un ago di tungsteno con una precisione di 19 trilionesimi di metro (19 picometri), e 23, 000 atomi in una nanoparticella di ferro-platino, oltre a distinguere tra diversi elementi all'interno della stessa particella.

Il nuovo algoritmo informatico dei ricercatori viene parallelizzato, il che significa che le sue singole attività possono essere suddivise ed eseguite contemporaneamente su processori di computer separati. I risultati separati vengono quindi combinati per produrre il risultato finale. Questa capacità aumenta notevolmente la velocità di elaborazione delle immagini.

Sperano anche di aumentare l'accessibilità della loro tecnica rendendo il codice open source, e avere una GUI facile da usare. "L'interfaccia utente fornirà un modo per impostare i calcoli e analizzare i risultati mostrando tutte le opzioni disponibili, in modo che gli utenti possano ottimizzare le ricostruzioni delle immagini, "Ercius ha detto. "Ogni nanostruttura è unica e richiede l'input dell'utente per ottenere i migliori risultati".