En 1999, El profesor de UCLA, John Miao, fue pionero en una técnica llamada imágenes difractivas coherentes, o CDI, lo que permite a los científicos recrear la estructura 3D de muestras no cristalinas o nanocristales. El logro fue extremadamente significativo porque, aunque la cristalografía de rayos X había permitido a los científicos determinar durante mucho tiempo la estructura atómica de una amplia variedad de moléculas, incluido el ADN, no funciona para materiales no cristalinos utilizados en una variedad de disciplinas, incluida la física, química, ciencia de los Materiales, nanociencia, geología y biología.

Un artículo de Miao y sus colegas en el último número de Ciencias revisa y analiza el rápido desarrollo de brillantes fuentes de rayos X que los científicos de todo el mundo han utilizado para una amplia gama de aplicaciones de su invención en las ciencias físicas y biológicas.

El CDI ahora se está utilizando en una gama más amplia de aplicaciones de lo que Miao había imaginado, y la técnica se ha vuelto cada vez más importante para los científicos que exploran los límites de la nanociencia observable.

Miao, profesor de física y astronomía, descubrió que al iluminar una muestra no cristalina con un láser brillante, o coherente, Radiografía, podría usar un detector sin lentes para registrar el patrón, o difracción, de los rayos X dispersos. Luego recreó la estructura 3D de la muestra mediante el desarrollo de algoritmos avanzados de recuperación de fase aplicados al patrón de difracción, razón por la cual a veces se hace referencia a su técnica como imágenes sin lentes.

CDI transformó la visión convencional de la microscopía al reemplazar la lente física con un algoritmo computacional. Evitando el uso de lentes, CDI puede obtener imágenes de objetos a nanoescala con alta resolución y alto contraste. También tiene ventajas sobre otras técnicas de obtención de imágenes, como la microscopía electrónica, porque se puede utilizar para obtener imágenes de muestras gruesas en tres dimensiones.

Ahora se espera que esta poderosa técnica de imágenes amplíe profundamente nuestra comprensión de una amplia gama de fenómenos dinámicos en física, química y microelectrónica; por ejemplo, transiciones de fase, cuando las sustancias cambian rápidamente de un estado a otro.

CDI es ideal para la caracterización cuantitativa en 3D de materiales a nanoescala por varias razones. Los rayos X tienen una profundidad de penetración mayor que los electrones, por lo que las muestras en un microscopio electrónico son destruidas por el potente haz de electrones del microscopio a medida que se toman imágenes, pero las radiografías de CDI a menudo pueden evitar la destrucción de la muestra. CDI también permite químicos a nanoescala, elemental, y mapeo magnético 3D de materia compleja.

En ciencia de materiales, Se utilizó CDI para determinar el primer campo de deformación 3D y el tensor de deformación completa dentro de nanocristales individuales con resolución a nanoescala. una clave para comprender y controlar la tensión, fundamental para diseñar e implementar nanomateriales como los que se utilizan en la electrónica de alta velocidad. CDI también hizo posible la primera imagen 3D de cristales minerales dentro de los huesos a escala nanométrica. dando una comprensión mucho mayor de la estructura molecular del hueso.

En baterías de iones de litio, cuando el material del electrodo almacena carga eléctrica, el material sufre una transición de fase que reduce la vida útil de la batería. Con CDI, Los científicos pueden comprender mejor cómo se pueden fabricar las baterías de iones de litio para almacenar más energía y durar más tiempo sin agrietarse.