Fig. 1:Analisi dinamica di un'onda di uscita. a Illustrazione del modello generico Eq. (1) della parte immaginaria dell'onda di uscita Im( <ΨN(r)> ) da una colonna statica di atomi, modulato da fattori DW, e una colonna dinamica con escursioni atomiche che superano il valore DW. b–f Applicazione di riferimento del modello Eq. (1) all'analisi di un nanocristallo Co–Mo–S. b La parte immaginaria dell'EW1 di un nanocristallo Co–Mo–S visto in <001> orientamento. c Mappa dell'altezza che mostra le posizioni della colonna atomica lungo la direzione del raggio rispetto a un piano dell'immagine comune in funzione della posizione nel piano dell'immagine. d Mappa V/(πR2) che mostra i potenziali proiettati della colonna atomica scalati dall'area media degli atomi. e Mappa Rav che mostra il raggio di diffusione delle colonne atomiche. f Mappa V che mostra il potenziale integrato delle colonne atomiche. Credito:DOI:10.1038/s41467-021-24857-4
Negli ultimi anni, un gruppo di importanti ricercatori di microscopia elettronica e catalisi ha lavorato per determinare le disposizioni tridimensionali degli atomi nei catalizzatori di nanoparticelle nei processi chimici. Il loro lavoro ha combinato misurazioni sperimentali con modelli matematici.
Il risultato è un nuovo metodo che permette di identificare e localizzare i singoli atomi nella nanoparticella, anche se vibrano e si muovono.
Fino ad ora, ci si aspettava che gli atomi nelle nanoparticelle fossero statici durante le osservazioni. Ma le analisi dei ricercatori delle immagini 3D su scala atomica hanno dimostrato che l'aspettativa originale non è sufficiente. Anziché, i ricercatori hanno rivelato un comportamento dinamico degli atomi utilizzando un nuovo metodo analitico.
Nel loro lavoro, i ricercatori hanno scelto di utilizzare un noto materiale di nanoparticelle catalitiche, vale a dire bisolfuro di molibdeno. Poiché la struttura atomica del materiale è ben nota, ha fornito una buona base per interpretare le immagini 3D a risoluzione atomica del gruppo di ricerca compilate utilizzando l'esclusivo microscopio elettronico TEAM 0.5 presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, che offre la più alta risoluzione al mondo su scala picmetrica.
Il nuovo metodo è descritto e pubblicato sulla rinomata rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .
Il nuovo modello garantisce l'identificazione degli atomi
Il modello matematico permette di identificare i singoli atomi nella nanoparticella, anche se sono in movimento. Il modello misura sia l'intensità che la larghezza degli atomi nelle immagini.
"Fino ad ora, determinare quale atomo stiamo osservando è stato difficile a causa della sfocatura causata dalle oscillazioni degli atomi. Però, tenendo conto delle oscillazioni, possiamo identificare più accuratamente, Per esempio, la posizione dei singoli atomi di zolfo o molibdeno, "dice il professor Stig Helveg, Fisica DTU, chi fa parte del gruppo di ricerca.
Il nuovo modello consente inoltre di correggere alterazioni delle nanoparticelle sotto forma di oscillazioni derivanti dall'illuminazione di elettroni energetici al microscopio elettronico. Permetterà così di concentrarsi sulle informazioni chimiche nascoste nelle immagini, atomo per atomo, che è l'essenza della ricerca.
Il prossimo passo è la funzione di misurazione
I ricercatori sperano che il nuovo modello innovativo possa essere utilizzato da altri ricercatori nel loro campo. Il modello fornirà anche una base per il nuovo centro di ricerca di base di Stig Helveg presso DTU, VISIONE.
Qui, il focus andrà oltre, combinando le immagini risolte atomicamente con misurazioni delle proprietà catalitiche delle nanoparticelle. Le conoscenze prodotte contribuiranno allo sviluppo di nanoparticelle per processi catalitici nell'ambito della transizione verso l'energia sostenibile.
