Fig. 1 :Analyse dynamique d'une onde de sortie. a Illustration du modèle générique Eq. (1) de la partie imaginaire de l'onde de sortie Im( <ΨN(r)> ) à partir d'une colonne statique d'atomes, modulé par les facteurs DW, et une colonne dynamique avec des excursions atomiques dépassant la valeur DW. b–f Application de référence du modèle Eq. (1) à l'analyse d'un nanocristal de Co–Mo–S. b La partie imaginaire de l'EW1 d'un nanocristal de Co–Mo–S vu dans <001> orientation. c Carte de hauteur montrant les positions des colonnes atomiques le long de la direction du faisceau par rapport à un plan image commun en fonction de la position dans le plan image. d Carte V/(πR2) montrant les potentiels de colonnes atomiques projetés mis à l'échelle par la surface moyenne des atomes. La carte Rav montrant le rayon d'étalement des colonnes atomiques. f Carte V montrant le potentiel intégré des colonnes atomiques. Crédit :DOI :10.1038/s41467-021-24857-4
Dans les années récentes, un groupe d'éminents chercheurs en microscopie électronique et en catalyse a travaillé pour déterminer les arrangements tridimensionnels des atomes dans les catalyseurs à nanoparticules dans les processus chimiques. Leurs travaux ont combiné mesures expérimentales et modélisation mathématique.
Le résultat est une nouvelle méthode qui permet d'identifier et de localiser les atomes individuels dans la nanoparticule, même s'ils vibrent et bougent.
Jusqu'à maintenant, On s'est attendu à ce que les atomes dans les nanoparticules soient statiques pendant les observations. Mais les analyses des chercheurs des images 3D à l'échelle atomique ont démontré que l'attente initiale n'est pas suffisante. Au lieu, les chercheurs ont révélé un comportement dynamique des atomes à l'aide d'une nouvelle méthode analytique.
Dans leur travail, les chercheurs ont choisi d'utiliser un matériau nanoparticulaire catalytique bien connu, à savoir le bisulfure de molybdène. La structure atomique du matériau étant bien connue, il a fourni une bonne base pour interpréter les images 3D à résolution atomique du groupe de recherche compilées à l'aide du microscope électronique unique TEAM 0.5 au Lawrence Berkeley National Laboratory, qui offre la résolution à l'échelle du picomètre la plus élevée au monde.
La nouvelle méthode est décrite et publiée dans la célèbre revue scientifique Communication Nature .
Un nouveau modèle assure l'identification des atomes
Le modèle mathématique permet d'identifier les atomes individuels dans la nanoparticule, même s'ils bougent. Le modèle mesure à la fois l'intensité et la largeur des atomes dans les images.
"Jusqu'à maintenant, déterminer quel atome nous observons a été difficile en raison du flou causé par les oscillations des atomes. Cependant, en prenant en compte les oscillations, nous pouvons identifier plus précisément, par exemple, l'emplacement des atomes individuels de soufre ou de molybdène, " dit le professeur Stig Helveg, DTU Physique, qui fait partie du groupe de recherche.
Le nouveau modèle permet également de corriger les altérations des nanoparticules sous forme d'oscillations résultant de l'illumination d'électrons énergétiques au microscope électronique. Il permettra ainsi de se concentrer sur les informations chimiques cachées dans les images, atome par atome, ce qui est l'essence de la recherche.
La prochaine étape consiste à mesurer la fonction
Les chercheurs espèrent que le nouveau modèle révolutionnaire sera utilisé par d'autres chercheurs dans leur domaine. Le modèle servira également de base au nouveau centre de recherche fondamentale de Stig Helveg au DTU, VISION.
Ici, l'accent sera mis sur une étape au-delà en combinant les images à résolution atomique avec des mesures des propriétés catalytiques des nanoparticules. Les connaissances produites contribueront au développement de nanoparticules pour des procédés catalytiques dans le cadre de la transition vers une énergie durable.
