Esta imagen muestra la composición atómica de una nanopartícula de hierro y platino, dividido en partes separadas que muestran la posición de los átomos individuales. Crédito:Colin Ophus y Florian Niekiel / Berkeley Lab
El mapeo de la estructura atómica interna de partículas pequeñas ahora es más fácil gracias a un nuevo algoritmo informático y una interfaz gráfica de usuario (GUI) desarrollada por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) y la Universidad de California. Los Angeles.
El avance trae una nueva herramienta al campo de la tomografía electrónica que los investigadores esperan que amplíe la utilidad de las técnicas que utilizan para ensamblar imágenes tridimensionales detalladas de objetos escaneándolos con un haz de electrones. La tomografía permite a los investigadores mirar dentro de un material y estudiar su estructura interna, como con los rayos X y las resonancias magnéticas (imágenes por resonancia magnética) en la ciencia médica. La tomografía electrónica atómica (AET) se ha vuelto cada vez más importante para caracterizar con precisión una amplia gama de materiales a nivel de un solo átomo.
"A diferencia de las estructuras biológicas, en la ciencia de los materiales, la estructura de cada nanopartícula es única, como un copo de nieve, a escala atómica, "dijo Peter Ercius, científico del personal del Centro Nacional de Microscopía Electrónica, una instalación en Molecular Foundry de Berkeley Lab. "Con las coordenadas tridimensionales, puede comenzar a aprender sobre la estructura atómica precisa y cómo esa estructura le da a un material sus propiedades ". The Molecular Foundry es un centro de investigación científica a nanoescala que está abierto a científicos visitantes de todo el país y el mundo.
Una interfaz gráfica de usuario desarrollada recientemente facilita que los investigadores aprovechen los algoritmos informáticos diseñados para la tomografía electrónica atómica. Crédito:Berkeley Lab
Para mapear una estructura en 3-D, los científicos obtienen imágenes de la partícula en 2-D desde múltiples ángulos y luego se basan en sofisticados algoritmos informáticos para convertir la serie de proyecciones en 2-D en una reconstrucción en 3-D de la partícula. El equipo de investigación informó anteriormente sobre el mapeo de las coordenadas 3-D de más de 3, 000 átomos en una aguja de tungsteno con una precisión de 19 billonésimas de metro (19 picómetros), y 23, 000 átomos en una nanopartícula de platino-hierro, además de distinguir entre diferentes elementos dentro de esa misma partícula.
El nuevo algoritmo informático de los investigadores se paraleliza, lo que significa que sus tareas individuales se pueden dividir y ejecutar simultáneamente en procesadores de computadora separados. Luego, los resultados separados se combinan para producir el resultado final. Esta capacidad aumenta enormemente la velocidad de procesamiento de imágenes.
También esperan aumentar la accesibilidad de su técnica haciendo que el código sea de código abierto, y tener una GUI que sea fácil de usar. "La interfaz de usuario proporcionará una forma de configurar los cálculos y analizar los resultados mientras muestra todas las opciones disponibles, para que los usuarios puedan optimizar sus reconstrucciones de imágenes, ", Dijo Ercius." Cada nanoestructura es única y requiere la participación del usuario para obtener los mejores resultados ".
