Adana Adıyaman Afyon Ağrı Aksaray Amasya Ankara Antalya Ardahan Artvin Aydın Balıkesir Bartın Batman Bayburt Bilecik Bingöl Bitlis Bolu Burdur Bursa Çanakkale Çankırı Çorum Denizli Diyarbakır Düzce Edirne Elazığ Erzincan Erzurum Eskişehir Gaziantep Giresun Gümüşhane Hakkari Hatay Iğdır Isparta İstanbul İzmir K.Maraş Karabük Karaman Kars Kastamonu Kayseri Kırıkkale Kırklareli Kırşehir Kilis Kocaeli Konya Kütahya Malatya Manisa Mardin Mersin Muğla Muş Nevşehir Niğde Ordu Osmaniye Rize Sakarya Samsun Siirt Sinop Sivas Şanlıurfa Şırnak Tekirdağ Tokat Trabzon Tunceli Uşak Van Yalova Yozgat Zonguldak
İstanbul 11 °C
Yağışlı

Asırlık problem, şekilsiz bir katının ilk 3D atomik görüntülemesiyle çözüldü

07.04.2021
35
A+
A-
Asırlık problem, şekilsiz bir katının ilk 3D atomik görüntülemesiyle çözüldü

Cam, kauçuk ve plastiklerin tümü amorf katılar adı verilen bir madde sınıfına aittir. Günlük yaşamlarımızda ne kadar yaygın olmalarına rağmen, şekilsiz katılar uzun zamandır bilim adamları için bir zorluk teşkil ediyor.

1910’lardan beri bilim adamları, fizik, kimya, biyoloji, malzeme bilimi, jeoloji, nanobilim, ilaç keşfi ve daha fazlasında sayısız ilerlemeye yol açan diğer büyük katı sınıfı olan kristallerin atomik yapılarını 3 boyutlu olarak haritalayabildiler. Ancak amorf katılar, kristaller gibi katı, tekrarlayan atomik yapılarda bir araya getirilmedikleri için, araştırmacıların atomik yapılarını aynı hassasiyetle belirleme becerilerine meydan okudu.

Şimdiye kadar, yani.

UCLA fizik ve astronomi profesörü olan araştırmanın kıdemli yazarı Jianwei “John” Miao, “Kristaller hakkında çok şey biliyoruz, ancak Dünya’daki maddenin çoğu kristalin değil ve atomik yapıları hakkında çok az şey biliyoruz” dedi. UCLA’daki California NanoSystems Enstitüsü üyesi.

Amorf bir katının 3 boyutlu atomik düzenini gözlemlemek, Miao’nun yüksek lisans öğrencisinden beri hayali olmuştur. Bu rüya, 22 yıllık amansız bir arayıştan sonra şimdi gerçekleşti.

“Bu çalışma yeni bir kapı açtı” dedi.

Metalik camlar, standart kristal metallere göre hem daha güçlü hem de daha şekillendirilebilir olma eğilimindedir ve bugün elektrik transformatörlerinden son teknoloji golf sopalarına ve Apple dizüstü bilgisayarlar ve diğer elektronik cihazların muhafazalarına kadar uzanan ürünlerde kullanılmaktadır. Metalik camların atomik yapısını anlamak, mühendislerin daha geniş bir uygulama yelpazesi için bu malzemelerin daha iyi versiyonlarını tasarlamalarına yardımcı olabilir.

Araştırmacılar, Miao ve işbirlikçilerinin öncülüğünü yaptığı bir tür 3B görüntüleme olan atomik elektron tomografisi adı verilen bir teknik kullandılar. Yaklaşım, elektronların bir numuneden ışınlanmasını ve diğer tarafta bir görüntü toplamayı içerir. Numune döndürülür, böylece ölçümler birden çok açıdan alınabilir ve bir 3D görüntü oluşturmak için birbirine dikilmiş veriler elde edilir.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı Moleküler Dökümhanesinde çalışan bilim insanı olan ortak yazar Peter Ercius, “En son teknolojiye sahip elektron mikroskobunu güçlü algoritmalar ve analiz teknikleriyle birleştirerek tek atom seviyesine kadar yapıları inceledik” dedi. deney yapıldı. “Bu seviyedeki amorf yapıların doğrudan bilgisi, fizik bilimleri için bir oyun değiştiricidir.”

Araştırmacılar, sekiz farklı metalden yapılmış, yaklaşık 8 nanometre çapında bir metalik cam örneğini inceledi. (Bir nanometre, metrenin milyarda biridir.) Miao ve meslektaşları, 55 atomik elektron tomografi görüntüsünü kullanarak, nanopartikülü oluşturan yaklaşık 18.000 atomun 3 boyutlu bir haritasını çıkardılar.

Amorf katıları karakterize etmek çok zor olduğundan, araştırmacılar atomların düzensiz bir şekilde düzenlenmesini bekliyorlardı. Atomların yaklaşık% 85’i düzensiz bir düzende olmasına rağmen, araştırmacılar atomların bir kısmının sıralı üstkümelerde birleştiği cepleri belirleyebildiler. Bulgu, amorf bir katı içinde bile atomların dizilişinin tamamen rastgele olmadığını gösterdi.

Miao, elektron mikroskobunun sınırlarından kaynaklanan araştırmanın bir sınırlamasını kabul etti. Metal atomlarından bazıları boyut olarak o kadar benzerdi ki, elektron görüntüleme aralarında ayrım yapamadı. Araştırmanın amaçları doğrultusunda, araştırmacılar metalleri üç kategoriye ayırarak, periyodik element tablosundaki komşuları birleştirdi: birinci kategoride kobalt ve nikel; ikincisinde rutenyum, rodyum, paladyum ve gümüş; üçüncü sırada ise iridyum ve platin.

Araştırma, öncelikle Miao’nun müdür yardımcısı olduğu STROBE Ulusal Bilim Vakfı Bilim ve Teknoloji Merkezi ve kısmen ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklendi.

STROBE merkezinin finansmanını denetleyen Ulusal Bilim Vakfı program sorumlusu Charles Ying, “Bu çığır açan sonuç, disiplinler arası bir ekibin gücünü örneklemektedir” dedi. “Bu tür karmaşık araştırma projelerini ele almak için bir merkezin uzun vadeli desteğine duyulan ihtiyacı ortaya koyuyor.”

Çalışmanın ortak ilk yazarları, Miao’nun UCLA’daki araştırma grubunun şu anki veya eski üyeleri olan lisansüstü öğrencisi Yao Yang, eski yardımcı proje bilimcisi Jihan Zhou, eski doktora sonrası araştırmacı Fan Zhu ve doktora sonrası araştırmacı Yakun Yuan’dır. Diğer UCLA ortak yazarları, lisansüstü öğrenciler Dillan Chang ve Arjun Rana; eski doktora sonrası akademisyenler Dennis Kim ve Xuezeng Tian; yardımcı yardımcı matematik profesörü Minh Pham; ve matematik profesörü Stanley Osher.

Diğer ortak yazarlar, Maryland Üniversitesi, College Park’tan Yonggang Yao ve Liangbing Hu; ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’ndan Andreas Schmid ve Peter Ercius.

STROBE’un direktörü Margaret Murnane, “Bu çalışma, fizik, matematik, malzeme ve görüntüleme bilimlerinde birçok farklı geçmişe sahip bilim insanlarını üniversiteler ve ulusal laboratuvarlar arasındaki güçlü ortaklıklar ile bir araya getirerek uzun süredir devam eden büyük zorlukların nasıl çözüleceğinin harika bir örneğidir,” dedi. merkez. “Bu muhteşem bir takım.”


Daha fazla bilgi:
Yang, Y., Zhou, J., Zhu, F. vd. Şekilsiz bir katının üç boyutlu atomik yapısının belirlenmesi. Doğa 592, 60–64 (2021). doi.org/10.1038/s41586-021-03354-0

ZİYARETÇİ YORUMLARI - 0 YORUM

Henüz yorum yapılmamış.