Físicos 'Ver' Ubicación De 23,000 Átomos Individuales Por Primera Vez

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Por primera vez, los científicos han visto las ubicaciones exactas de más de 23,000 átomos en una partícula que es lo suficientemente pequeña como para caber dentro de la pared de una sola célula.

Por primera vez, los científicos han visto las ubicaciones exactas de más de 23,000 átomos en una partícula que es lo suficientemente pequeña como para caber dentro de la pared de una sola célula.

Un equipo dirigido por Peter Ercius de Lawrence Berkeley National Laboratory y Jianwei Miao de UCLA usó un microscopio electrónico de barrido para examinar una partícula que estaba hecha de hierro (Fe) y platino (Pt) que solo tenía 8.4 nanómetros de diámetro, informaron ayer (febrero 1) En la revista Nature. (Un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro, o 3.9 centésimas millonésimas de pulgada).

¿Por qué a alguien le importaría la ubicación de cada pequeño átomo? "En la nanoescala, cada átomo cuenta", escribió Michael Farle, físico de la Universidad de Duisburg-Essen en Alemania, en un artículo adjunto de Noticias y opiniones en Nature. "Por ejemplo, cambiar las posiciones relativas de unos pocos átomos de Fe y Pt en una nanopartícula de FePt altera dramáticamente las propiedades de la partícula, como su respuesta a un campo magnético". [Imágenes: Pequeña vida revelada en impresionantes fotos de microscopios]

Haces de electrones

Usando un microscopio electrónico de barrido, se pasa un haz de electrones sobre la superficie de un objeto para crear una imagen. Eso permite a los investigadores ver incluso pequeños detalles de pequeños fragmentos de material como cristales y moléculas de proteínas. "Hay técnicas muy poderosas para descubrir la estructura de los cristales", dijo. "Pero esos tienen que ser cristales perfectos".

Por lo general, cuando se utiliza este tipo de microscopio electrónico para mirar un cristal u otra molécula grande, los electrones emiten rayos hacia la muestra y se dispersan a medida que los golpean, como si fuera una ráfaga de balas disparadas desde una ametralladora que se dispersara de Superman. pecho. Después de que rebotan en los átomos, los electrones chocan contra un detector, y desde allí, el investigador puede observar dónde aterrizan los electrones para ver la disposición de los átomos en el cristal o molécula.

El problema, dijo Ercius, es que la imagen se construye a partir de un promedio que se obtiene utilizando muchos átomos o moléculas. Es decir, los investigadores verán un patrón, pero solo puede decirle a esa persona cuál es la disposición global de los átomos, no dónde se encuentra realmente cada uno. [Galería de imágenes: Impresionante Peek Inside Molecules]

Las nanopartículas de hierro-platino son un tipo de cristal irregular. Pero el método de escaneo ordinario no funcionaría tan bien para ellos, porque los átomos están dispuestos de manera única y ligeramente irregular, dijeron los investigadores. Así que tuvieron que encontrar una nueva forma de usar el microscopio electrónico: decidieron observar la muestra de partículas de hierro-platino desde diferentes lados.

Localizando átomos individuales

Para ello, modificaron la forma en que se preparó la muestra. En lugar de dejarlo en su lugar, lo colocan sobre una base especial que les permite girar e inclinar sus partículas de hierro y platino, cambiando su orientación ligeramente después de cada "instantánea" con el haz de electrones. De lo contrario, el proceso que utilizaron los investigadores fue el mismo que el habitual.

Ese simple cambio fue poderoso: las diversas orientaciones produjeron diferentes patrones de dispersión. Los diferentes patrones, que se detectaron en un detector que es similar a los de las cámaras digitales, podrían usarse para calcular las posiciones exactas de los 6,569 átomos de hierro y 16,627 de platino en la nanopartícula. No es diferente a hacer un modelo 3D de un objeto tomando fotografías desde muchos ángulos, lo que hacen los animadores de manera rutinaria. Sus resultados para las ubicaciones de los átomos alcanzaron una resolución de aproximadamente una décima parte del diámetro de un solo átomo, según Farle.

En el futuro, obtener una imagen tan precisa podría ayudar a los científicos de materiales a crear estructuras de tamaño nanométrico para aplicaciones como discos duros. Los fabricantes de discos duros quieren fabricar pequeños cristales casi perfectos para que puedan magnetizarse fácilmente y mantengan un campo magnético durante mucho tiempo, anotó Ercius.

"Todos los cristales tienen defectos", dijo Ercius. "El problema es cuando obtienen nanopartículas que tienen estos defectos extraños. Esto significa que pueden verlos y cómo afectan cómo funcionan las cosas".

Conocer la ubicación exacta de cada átomo también permitiría a los científicos predecir cómo podría crecer un cristal. Ercius observó que en este momento, cuando los científicos de los materiales realizan simulaciones, deben asumir que un cristal crece de cierta manera, y esas suposiciones guían sus predicciones para el futuro. Si pudieran ver exactamente dónde están los átomos, podrían hacer predicciones más precisas de cómo se verá el cristal cuando haya crecido a tamaño completo.

"Lo bueno de esto es que mide el desorden", dijo Ercius. "Te permite ver objetos únicos".

Artículo original en WordsSideKick.com.


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