DTU: Gennembrud i visualisering af atomers bevægelse

• Af:
  
• Thore Dam Mortensen

De sidste år har en gruppe førende forskere inden for elektronmikroskopi og katalyse arbejdet med at bestemme atomernes tre-dimensionelle placering i nanopartikler, som katalyserer kemiske processer.

Arbejdet har kombineret eksperimentelle målinger med matematisk modellering, og det har nu resulteret i en metode, der gør det muligt at identificere og lokalisere de enkelte atomer i en nanopartikel. Det også selvom de vibrerer og bevæger sig, fremhæver DTU.

Hidtil har forventningen været, at atomer i nanopartikler er statiske under afbildning. Men forskernes arbejde med 3D atomart opløste billeder viste, at forventningen ikke holdt stik. I stedet har de afsløret en dynamik af atomerne ved hjælp af en ny analytisk metode.

Under arbejdet har forskerne valgt at benytte velkendte katalytisk nanopartikler, nemlig molybdændisulfid. Da placeringen af atomerne her er velbeskrevet, var det et godt grundlag for fortolkningen af forskergruppens 3D atomart opløste billeder, der er udarbejdet ved brug af det unikke TEAM0.5 elektronmikroskop ved Lawrence Berkeley National Laboratory, som tilbyder verdens højeste opløsning i picometer-skala.

En aktuel matematiske model gør det muligt at identificere de enkelte atomer i nanopartiklen, også selvom de bevæger sig. Det er muligt, fordi modellen både måler intensiteten og bredden af atomerne i billederne.

Hidtil har det været udfordrende at fastlægge, hvilket atom der iagttages, fordi atomernes svingninger har ”udtværet” billederne. Men ved at tage højde for og ’modregne’ svingningerne kan det mere sikkert identificeres, eksempelvis, hvor der sidder et svovl eller molybdæn atom, påpeger professor DTU Fysik, Stig Helveg, der er en del af forskergruppen.

Den aktuelle model gør det muligt fremover at korrigere for de svingninger, der opstår, når man studerer nanopartikler i et elektronmikroskop, der bestråler dem med høj-energi elektroner. Det bliver dermed muligt i stedet at fokusere på den kemiske information som billederne afslører atom for atom – og som er den forskningen drejer sig om.

Forskerne håber, at den nye banebrydende model fremover vil blive anvendt af andre forskere inden for deres felt. Samtidig vil modellen udgøre et grundlag for arbejdet i Stig Helvegs nye grundforskningscenter på DTU, Vision.

Her bliver fokus at komme skridtet videre og kombinere de atomart opløste billeder med målinger af nanopartiklernes katalytiske egenskaber. En viden, der vil bidrage til udviklingen af nanopartikler til katalytiske processer som en del af omstillingen til bæredygtig energi, konstateres det.