Ueyn Lüis, Kaliforniya Universiteti, Los-Anceles

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kredit: Kaliforniya Universiteti, Los-Anceles

Kaliforniya NanoSistemlər İnstitutunun tədqiqatçıları amorf materiallarda atomların üçölçülü mövqelərini və elementar kimliklərini müəyyən etmək üçün addım-addım çərçivə dərc ediblər. Şüşə kimi bu bərk cisimlərdə kristalda görünən təkrarlanan atom nümunələri yoxdur. Komanda realistik şəkildə simulyasiya edilmiş elektron mikroskop məlumatlarını təhlil edib və hər bir addımın dəqiqliyə necə təsir etdiyini sınaqdan keçirib.

Komanda, nanopartikulların ciddi şəkildə simulyasiya edilmiş görüntüləmə məlumatlarını təhlil etmək üçün alqoritmlərdən istifadə etdi – onlar metrin milyardda biri ilə ölçülürlər. Şüşənin əsas komponenti olan amorf silisium üçün, əlverişli görüntüləmə şəraitində təxminən yeddi trilyonda biri ilə ölçülən silikon və oksigen atomlarının üçölçülü mövqelərinin xəritələşdirilməsində 100% dəqiqlik nümayiş etdirdilər.

3D atom quruluşunun təyin edilməsinin bir əsrdən çox tarixi olsa da, onun tətbiqi kristal strukturları ilə məhdudlaşıb. Bu cür üsullar trilyonlarla dəfə təkrarlanan bir nümunənin orta hesablanmasından asılıdır.

Bunun əksinə olaraq, tək, təkrarlanmayan bir strukturda fərdi atomları xəritələşdirmək üçün tələb olunan dəqiqlik və dəqiqlik son vaxtlara qədər əlçatmaz idi. Atom səviyyəsində amorf materialların 3D görüntülərinin elmə və mühəndisliyə o qədər geniş təsir göstərəcəyi gözlənilir ki, bu UCLA tədqiqatı Nature jurnalında eyni mövzuda ardıcıl başqa bir məqalə ilə görünür .

Yeni görüntüləmə texnikaları mərkəzi yer tutur

Tədqiqat, UCLA Kollecində fizika və astronomiya professoru olan müvafiq müəllif Jianwei “John” Miao tərəfindən son 25 ildə hazırlanmış iki görüntüləmə texnikasına yönəlmişdir.

Biri atom elektron tomoqrafiyası və ya AET-dir ki, elektron şüası nümunədən keçərkən müxtəlif bucaqlardan bir çox şəkil çəkir, sonra isə atomların üçölçülü xəritəsini yenidən qurmaq üçün hesablamadan istifadə edir. Digəri isə , sıx fokuslanmış şüa nümunəni skan edərkən səpələnmiş elektronların nümunələrini qeyd edən və fiziki linzaya ehtiyac olmadan təsviri yenidən qurmaq üçün alqoritmlərdən istifadə edən hesablama mikroskopiyası texnikası olan ptixoqrafiyadır .

Alqoritmləri sınaqdan keçirmək

Tədqiqatçılar yanaşmalarını təsdiqləmək üçün ciddi şəkildə simulyasiya edilmiş AET və real təcrübələri çox təqlid edən ptixoqrafik məlumatlardan istifadə etdilər. Onların alqoritmləri görüntü səs-küyü, fokusdakı kiçik dəyişikliklər və ətraf mühit temperaturunun yaratdığı atomların titrəmələri kimi səhv mənbələri ilə mübarizə aparmalı oldular.

Bütün bu amillər kvant mexanikasına əsaslanan elektron səpələnmə simulyasiyalarına , yəni subatom hissəciklərini idarə edən əks-intuitiv qaydalara daxil edilmişdir. Hesablamalar həmçinin mövcud atomların növləri və qonşu atomlar arasındakı tipik məsafələr kimi məlum məhdudiyyətlərdən istifadə edərək son 3D atom xəritəsini dəqiqləşdirmişdir.

Uzunmüddətli vəd və real dünya təsiri

Bir qayda olaraq, alqoritmlər zamanla proqramlaşdırma və aparat təminatındakı təkmilləşdirmələrdən güc qazanır. Beləliklə, AET və ptixoqrafiya da daxil olmaqla hesablama mikroskopiyası 3D atom görüntüləməsinə uzunmüddətli təkan verməyə hazırdır. Üstəlik, amorf materialların 3D strukturunun açılmasının həm texnoloji yeniliyə, həm də təbiətin fundamental aspektlərinə yeni anlayışlar gətirəcəyi gözlənilir.

Məsələn, şüşə amorf quruluşa malikdir və planetdə ən geniş yayılmış və faydalı materiallardan biridir. Ultra nazik elektronika , günəş batareyaları, yenidən yazıla bilən yaddaş, tibbi cihazlar və kvant texnologiyaları üçün inkişaf etməkdə olan texnologiyalar çox vaxt uzun mənzilli atom nizamına malik olmayan materiallardan istifadə edir.

Gələcəkdə bioloqlar, həyat üçün vacib olan fərdi karbon və azot atomlarını və dövri cədvəldə oksigenin yaxın qonşularını müəyyən etməyə imkan verdikdən sonra 3D görüntüləmələrə çıxış əldə edə bilərlər. Bu element bu tədqiqatda silikonla birlikdə xəritələşdirilib.

Nəşr detalları

Jianwei Miao, Amorf materialların 3D atom quruluşunun dəqiq təyini, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09857-4 . www.nature.com/articles/s41586-025-09857-4

Jian-Min Zuo, Amorf nanopartikulların atom qətnaməsi ilə tomoqrafiyanın yenidən qurulmasının həddi, Təbiət (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-09924-w . www.nature.com/articles/s41586-025-09924-w

Jurnal məlumatı: Təbiət 

Əsas anlayışlar

Struktur xüsusiyyətləri3 ölçülü sistemlərNanostrukturlarAtom texnikalarıElektron texnikalarıSkanlama üsullarıRəqəmsal texnikalar

Kaliforniya Universiteti, Los-Anceles tərəfindən təmin edilir