Desde su invención en la década de 1930, los microscopios electrónicos han ayudado a los científicos a observar la estructura atómica de materiales ordinarios como el acero e incluso el grafeno exótico. Pero a pesar de estos avances, tales técnicas de imagen no pueden mapear con precisión la estructura atómica 3D de los materiales en unsolución líquida, como un catalizador en una celda de combustible de hidrógeno o los electrolitos en la batería de su automóvil.
Ahora, los investigadores de Berkeley Lab, en colaboración con el Instituto de Ciencias Básicas de Corea del Sur, la Universidad de Monash en Australia y UC Berkeley, han desarrollado una técnica que produce imágenes 3D a escala atómica de nanopartículas que caen en líquido entre láminas de grafeno, el material más delgado posible. Sus hallazgos se informaron el 2 de abril en la revista ciencia .
"Este es un resultado emocionante. Ahora podemos medir las posiciones atómicas en tres dimensiones con una precisión seis veces menor que el hidrógeno, el átomo más pequeño", dijo el coautor del estudio Peter Ercius, científico del personal de la Fundición Molecular de Berkeley Lab.
La técnica, llamada 3D SINGLE Identificación de estructura de nanopartículas por microscopía electrónica de grafeno de células líquidas, emplea uno de los microscopios más potentes del mundo en la Fundición molecular de Berkeley Lab. Los investigadores capturaron miles de imágenes de ocho nanopartículas de platino "atrapadas" en líquidoentre dos hojas de grafeno, llamada "ventana de grafeno"
Estas láminas de grafeno, cada una de un grosor de átomo, son "lo suficientemente fuertes como para contener pequeñas bolsas de líquido necesarias para adquirir imágenes de alta calidad de la disposición atómica de las nanopartículas", explicó Ercius.
Luego, los investigadores adaptaron algoritmos informáticos diseñados originalmente para estudios biológicos para combinar muchas imágenes 2D en imágenes 3D de resolución atómica.
El logro, que mejora una técnica reportada por primera vez en 2015, marca un hito significativo para los investigadores. "Con 3D SINGLE, podemos determinar por qué esas nanopartículas pequeñas son catalizadores más eficientes que las grandes en celdas de combustible y vehículos de hidrógeno".Dijo Ercius.
Ajuste de giro magnético para dispositivos de memoria más pequeños y rápidos
A diferencia de los materiales magnéticos utilizados para hacer un dispositivo de memoria típico, los antiferromagnéticos no se adhieren a su refrigerador. Esto se debe a que los giros magnéticos en los antiferromagnéticos están alineados de manera opuesta y se cancelan entre sí.
Los científicos han teorizado durante mucho tiempo que los antiferromagnéticos tienen potencial como materiales para recuerdos estables ultrarrápidos. Pero nadie pudo descubrir cómo manipular su magnetización para leer y escribir información en un dispositivo de memoria.
Ahora, un equipo de investigadores de Berkeley Lab y UC Berkeley que trabajan en el Centro de Nuevas Rutas hacia la Coherencia Cuántica en Materiales, un Centro de Investigación de la Frontera Energética financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, han desarrollado un interruptor antiferromagnético para la memoria y el procesamiento de la computadoraaplicaciones. Sus hallazgos, publicados en la revista Materiales de la naturaleza , tiene implicaciones para miniaturizar aún más los dispositivos informáticos y la electrónica personal sin pérdida de rendimiento.
Utilizando un instrumento de haz de iones enfocado en la Fundición Molecular de Berkeley Lab, los científicos, liderados por James Analytis, un científico de la facultad en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y profesor asociado y Presidente Kittel de Física de la Materia Condensada en UC Berkeley, fabricaron el dispositivode láminas atómicamente delgadas de disulfuro de niobio, un dicholcogenuro de metal de transición TMD. Para formar una TMD antiferromagnética, sintetizaron capas de átomos de hierro entre cada lámina de disulfuro de niobio.
Los coautores del estudio, Nityan Nair y Eran Maniv, descubrieron que la aplicación de pequeños pulsos de corriente eléctrica rota los espines del antiferromagnet, lo que a su vez cambia la resistencia del material de mayor a menor.
Para su sorpresa, también descubrieron que "estos giros magnéticos se pueden voltear o manipular con pequeñas corrientes aplicadas, alrededor de 100 veces más pequeñas que las utilizadas en cualquier otro material con una respuesta similar", dijo Analytis.
Luego, los investigadores planean probar diferentes TMD antiferromagnéticos con la esperanza de identificar un sistema que funcione a temperatura ambiente y así desarrollar aún más el campo de la electrónica basada en espín o espintrónica, donde la información es transportada por el espín magnético de los electrones.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Original escrito por Theresa Duque. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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