Техника томографии бьет новые рекорды
 Трехмерное изображение наночастицы золота, полученное в рамках тестирования новой методики отображения. |
|
||||||||
Способность ученых представить, каким образом материалы построены из отдельных атомов, сыграла решающую роль в развитии науки и техники.
Методы кристаллографии уже достаточно давно используются для выявления трехмерных кристаллических структур. Для исследования поверхности на атомарном уровне применяются сканирующие зондовые микроскопы. Электронные микроскопы, в свою очередь, дают изображения двумерных проекций объемных периодических кристаллических образцов. Несмотря на такое обилие исследовательских техник, в настоящее время не существует прямого способа определения структуры трехмерных образцов на атомарном уровне без предварительного знания структуры кристаллической решетки и предположения о том, что атомы жестко зафиксированы в узлах этой решетки.
Наилучшим кандидатом на роль трехмерной методики отображения является электронная томография. Однако одним из основных ее недостатков является то, что в процессе исследований образец должен быть несколько раз наклонен, и результирующая картина может быть получена только объединением снимков, сделанных при разных углах наклона. Проблема в том, что электронные пучки, использующиеся в микроскопии, ограничивают количество возможных проекций образца, т.к. они разрушают его внутреннюю структуру и изменяют форму. Другая проблема заключается в том, что технически сложно контролировать наклон образца по одной из осей на атомарном уровне. Кроме того, образцы не могут быть наклонены более чем на +/- 79 градусов, а это значит, что существует достаточно большая «мертвая зона», изображение которой не может быть получено.
Совместная группа исследователей из University of California и Lawrence Berkeley National Laboratory (США) преодолела эти проблемы, применяя новый метод выравнивания образца в сочетании с технологией итерационной реконструкции при помощи темнопольного просвечивающего электронного микроскопа (annular dark field scanning tunnelling electron microscope, ADF-STEM). Ученые утверждают, что они создали методику, благодаря которой можно напрямую получать изображения трехмерных кристаллических структур, не полагаясь на априорно собранную информацию. Данная методика унаследовала разработки той же группы, выполненные еще в 2005 году с целью создания так называемой наклонной электронной томографии, позволяющей получать изображения при малом наклоне образцов с помощью трехмерного Фурье-преобразования. Это, в свою очередь, позволило использовать при построении трехмерной картинки меньше начальных изображений, т.е. производить меньшее число облучений образца при сохранении контрастности и качества результирующего изображения.
В ходе тестирования новой методики им удалось наблюдать отдельные атомы в некоторых областях наночастицы золота диаметром 10 нм и выявить на ней несколько зерен с разрешением всего 2,4 Ангстрема по одному измерению.
Ученые утверждают, что разработанную методику в будущем можно использовать для определения локальной трехмерной структуры кристаллических, поликристаллических и даже неупорядоченных наноматериалов на атомарном уровне. Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nature.
Также по теме:
- Предложен метод трехмерного «фотографирования» магнитного поля при помощи нейтронов
- Новые техники исследования помогают изучать свойства наноматериалов
Источники: