Chemie: Erste hochauflösende chemische 3D-nanoskalige Bildgebung
Einem amerikanisch-niederländischen Forschungsteam des amerikanischen Chemieunternehmens Dow Chemical und der Universität Michigan ist es erstmals gelungen, den chemischen Aufbau von Nanomaterialien hochauflösend und dreidimensional darzustellen(öffnet im neuen Fenster) . Hochauflösende chemische 3D-Darstellungen sind jetzt bei einer Auflösung von einem Nanometer oder darunter möglich.
Um Materie in kleinsten Dimensionen zu sehen, sind traditionell enorm viele hochenergetische Elektronen für die chemische 3D-Bildgebung erforderlich. Doch die hohe Strahlenbelastung zerstört die Probe, bevor ein Experiment abgeschlossen ist – und für eine hohe Auflösung benötigt es eine noch höhere Strahlendosis. Deswegen war die dreidimensionale chemische Abbildung bisher nur mit geringerer Auflösung bei den strahlungsintensivsten Materialien möglich.
Die Erforschung unsichtbarer Welten
Das Forschungsteam verwendete für sein Experiment eine neu eingeführte Methode: Die multimodale Datenfusion ist eine hochauflösende chemische Tomografie, die durch die Verknüpfung von Informationen, die sowohl in elastischen als auch inelastischen Streusignalen kodiert sind, eine um 99 Prozent geringere Dosis liefert. Dabei führt ein intelligenter Lernalgorithmus zwei Mikroskopiesignale zusammen.
Dadurch konnte das Team zeigen, dass eine 3D-Auflösung im Sub-Nanometerbereich für eine breite Klasse geometrisch und kompositorisch komplexer Materialien messbar ist. "Unsichtbare Welten zu sehen, die viel kleiner sind als die Wellenlängen des Lichts, ist absolut entscheidend für das Verständnis der Materie, die wir auf der Nanoskala konstruieren, nicht nur in 2D, sondern auch in 3D" , erklärt der Materialwissenschaftler und Ingenieur Robert Hovden von der Universität Michigan in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) .
Zur Studie
Die Forschungsarbeit wurde am 26. April 2024 in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht: Imaging 3D chemistry at 1 nm resolution with fused multi-modal electron tomography(öffnet im neuen Fenster) (3D-Chemie bei 1 nm Auflösung mit fusionierter multimodaler Elektronentomographie abbilden).