Cette image montre la composition atomique d'une nanoparticule de fer-platine, divisé en parties séparées qui montrent la position des atomes individuels. Crédit :Colin Ophus et Florian Niekiel/Berkeley Lab
La cartographie de la structure atomique interne des petites particules est devenue plus facile grâce à un nouvel algorithme informatique et une nouvelle interface utilisateur graphique (GUI) développés par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et de l'Université de Californie, Los Angeles.
Cette avancée apporte un nouvel outil dans le domaine de la tomographie électronique qui, selon les chercheurs, élargira l'utilité des techniques qu'ils utilisent pour assembler des images 3D détaillées d'objets en les balayant avec un faisceau d'électrons. La tomographie permet aux chercheurs de regarder à l'intérieur d'un matériau et d'étudier sa structure interne, comme avec les rayons X et les IRM (imagerie par résonance magnétique) en science médicale. La tomographie électronique atomique (AET) est devenue de plus en plus importante pour caractériser avec précision une large gamme de matériaux au niveau d'un seul atome.
"Contrairement aux structures biologiques, en science des matériaux, la structure de chaque nanoparticule est unique - comme un flocon de neige - à l'échelle atomique, " dit Pierre Ercius, chercheur au Centre National de Microscopie Electronique, une installation à la fonderie moléculaire de Berkeley Lab. "Avec les coordonnées 3-D, vous pouvez commencer à en apprendre davantage sur la structure atomique précise et sur la façon dont cette structure confère à un matériau ses propriétés. » La fonderie moléculaire est un centre de recherche scientifique à l'échelle nanométrique ouvert aux scientifiques invités du pays et du monde.
Une nouvelle interface utilisateur graphique permet aux chercheurs de tirer plus facilement parti des algorithmes informatiques conçus pour la tomographie électronique atomique. Crédit :Berkeley Lab
Pour cartographier une structure en 3D, les scientifiques imagent la particule en 2D sous plusieurs angles, puis s'appuient sur des algorithmes informatiques sophistiqués pour convertir la série de projections 2D en une reconstruction 3D de la particule. L'équipe de recherche a précédemment signalé sur la cartographie des coordonnées 3-D de plus de 3, 000 atomes dans une aiguille de tungstène avec une précision de 19 trillionièmes de mètre (19 picomètres), et 23, 000 atomes dans une nanoparticule de platine-fer, ainsi que la distinction entre les différents éléments au sein de cette même particule.
Le nouvel algorithme informatique des chercheurs est parallélisé, ce qui signifie que ses tâches individuelles peuvent être divisées et exécutées simultanément sur des processeurs informatiques distincts. Les résultats séparés sont ensuite combinés pour produire le résultat final. Cette capacité augmente considérablement la vitesse de traitement des images.
Ils espèrent également augmenter l'accessibilité de leur technique en rendant le code open source, et avoir une interface graphique facile à utiliser. "L'interface utilisateur fournira un moyen de configurer les calculs et d'analyser les résultats tout en affichant toutes les options disponibles, afin que les utilisateurs puissent optimiser leurs reconstructions d'images, " a déclaré Ercius. " Chaque nanostructure est unique et nécessite la contribution de l'utilisateur pour obtenir les meilleurs résultats. "
