En el mundo de los muy pequeños, la perfección es rara: prácticamente todos los materiales tienen defectos a nivel atómico. Estas imperfecciones átomos perdidos, átomos de un tipo intercambiados por otro y átomos desalineados pueden determinar de manera única las propiedades de un materialy función. Ahora, los físicos y colaboradores de UCLA han mapeado las coordenadas de más de 23,000 átomos individuales en una pequeña nanopartícula de hierro y platino para revelar los defectos del material.
Los resultados demuestran que las posiciones de decenas de miles de átomos pueden identificarse con precisión y luego alimentarse en cálculos de mecánica cuántica para correlacionar imperfecciones y defectos con las propiedades del material a nivel de un solo átomo. Esta investigación se publicará el 2 de febrero en eldiario Naturaleza .
Jianwei John Miao, profesor de física y astronomía de la UCLA y miembro del Instituto de Nanosistemas de California de la UCLA, dirigió el equipo internacional en el mapeo de los detalles a nivel atómico de la nanopartícula bimetálica, más de un billón de los cuales podrían caber dentro de ungrano de arena.
"Nadie ha visto este tipo de complejidad estructural tridimensional con tanto detalle antes", dijo Miao, quien también es subdirectora del Centro de Ciencia y Tecnología en Imágenes Funcionales en Tiempo Real.El consorcio está formado por científicos de la UCLA y otros cinco colegios y universidades que utilizan imágenes de alta resolución para responder preguntas en ciencias físicas, ciencias de la vida e ingeniería.
Miao y su equipo se centraron en una aleación de hierro y platino, un material muy prometedor para medios de almacenamiento magnético de próxima generación y aplicaciones de imanes permanentes.
Al tomar múltiples imágenes de la nanopartícula de hierro y platino con un microscopio electrónico avanzado en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y utilizando potentes algoritmos de reconstrucción desarrollados en UCLA, los investigadores determinaron la disposición tridimensional precisa de los átomos en la nanopartícula.
"Por primera vez, podemos ver átomos individuales y composición química en tres dimensiones. Todo lo que vemos es nuevo", dijo Miao.
El equipo identificó y localizó más de 6.500 átomos de hierro y 16.600 átomos de platino y mostró cómo están dispuestos los átomos en nueve granos, cada uno de los cuales contiene diferentes proporciones de átomos de hierro y platino. Miao y sus colegas mostraron que los átomos están más cerca del interior delos granos están dispuestos más regularmente que los que están cerca de las superficies. También observaron que las interfaces entre los granos, llamadas límites de grano, están más desordenadas.
"La comprensión de las estructuras tridimensionales de los límites de grano es un desafío importante en la ciencia de los materiales porque influyen fuertemente en las propiedades de los materiales", dijo Miao. "Ahora podemos abordar este desafío mapeando con precisión el diseño atómico tridimensionalposiciones en los límites de grano por primera vez "
Luego, los investigadores utilizaron las coordenadas tridimensionales de los átomos como entradas en los cálculos de la mecánica cuántica para determinar las propiedades magnéticas de la nanopartícula de hierro y platino. Observaron cambios abruptos en las propiedades magnéticas en los límites del grano.
"Este trabajo logra avances significativos en las capacidades de caracterización y amplía nuestra comprensión fundamental de las relaciones estructura-propiedad, que se espera que encuentre amplias aplicaciones en física, química, ciencia de los materiales, nanociencia y nanotecnología", dijo Miao.
En el futuro, a medida que los investigadores continúen determinando las coordenadas atómicas tridimensionales de más materiales, planean establecer un banco de datos en línea para las ciencias físicas, análogo a los bancos de datos de proteínas para las ciencias biológicas y biológicas ". Los investigadores pueden usar estobanco de datos para estudiar las propiedades del material verdaderamente en el nivel de un solo átomo ", dijo Miao.
Miao y su equipo también esperan aplicar su método llamado GENFIRE Reconstrucción iterativa de Fourier GENeralizada a aplicaciones biológicas y médicas. "Nuestro algoritmo de reconstrucción tridimensional podría ser útil para obtener imágenes como tomografías computarizadas", dijo Miao.métodos de reconstrucción, GENFIRE requiere menos imágenes para compilar una estructura tridimensional precisa.
Eso significa que los objetos sensibles a la radiación se pueden obtener imágenes con dosis más bajas de radiación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Los Ángeles . Original escrito por Katherine Kornei. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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