Как мы видим в Интернете, в сообщениях средств массовой информации, ученые сегодня рассматривают возможности создания новых наноматериалов за счет изменений, вносимых уже на молекулярном уровне. Вот ведь до чего дошел прогресс! И, надо полагать, что совсем немного осталось до того времени, когда передовым ученым будет под силу и такая возможность, как замена атомов в кристаллической решетке молекул. Это кажется какой-то фантастикой. Мы, обычные люди, даже предположить не можем, что же из всего этого может выйти.
Об этом исследователи задумывались уже давно. Но заняться подобными экспериментами было практически невозможно из-за того, что не было необходимых приборов для измерения тех же самых атомов. И вот на помощь исследователям пришла та самая атомно-зондовая кристаллография, о которой автор текста уже рассказывал на своем канале. Давайте смотреть, как ученые планируют распоряжаться атомами на молекулярном уровне...
Применение атомно-зондовой кристаллографии только начинают осваиваться, и потенциал в этой области огромен. Например, компания Ceguerra недавно адаптировала подходы атомно-зондовой кристаллографии к измерению даже краткосрочных параметров.
Полный набор параметров ближнего порядка дает исчерпывающее описание среднего расположения атомов в системе. Экспериментов для изучения того, насколько хорошо эти значения отражают значения, полученные с помощью более традиционных подходов к рассеянию, пока не проводилось, однако точность, вероятно, будет сильно зависеть от системы. Тем не менее краткосрочные параметры представляют собой очень ценную информацию. В качестве конечных значений эти параметры могут быть использованы в алгоритме Монте-Карло для создания эквивалентной, но полностью имитируемой системы на основе сетчатой структуры.
Этот подход в высшей степени дополняет еще одну новую технологию - коррекцию сетки. Сочетание методов Монте-Карло на основе метода короткого порядка и сетчатой корректировки, повышает интересную перспективу - возможность замены атомов, которые отсутствуют из-за ограничений эффективности обнаружения в современном поколении приборов для измерения атомов.
Полученные и завершенные реконструкции на основе сетчатых структур могут быть непосредственно включены в ряд имитационных и модельных подходов, обеспечивающих радикально новый подход к изучению отношений наноструктуры и их свойств.
Важно отметить, что количество и качество сохраняемой кристаллографической информации зависит от исследуемого материала и что атомная зондовая кристаллография может не подходить для каждого отдельного набора данных или даже образца, подлежащего анализу. Уникальные знания, полученные с помощью этой технологии, позволяют говорить о необходимости ее дальнейшего развития.
Усовершенствование подхода к восстановлению имеет решающее значение для будущего развития атомной зондовой кристаллографии.
В разработке нынешнего протокола по-прежнему наблюдается устойчивый прогресс, однако по-прежнему слишком просто учитывать сложные формы зондов, наблюдаемые экспериментально и вызывающие отклонения от траектории.
Сложная траектория полета ионов теоретически может быть смоделирована на основе электростатического моделирования, но, как отметила ученые, этот процесс не является простым, поскольку не существует уникального решения. Для минимизации возможных решений следует ввести дополнительные ограничения, например путем использования дополнительной информации, полученной в результате электронной томографии, однако применимость такой методологии и ее потенциальную эффективность еще предстоит доказать.
Кристаллографические детали, присутствующие в данных атомных датчиках, могут быть использованы напрямую для наилучшей возможной реконструкции.
Непредотвратимая автоматизация этих новых методов позволит создать чрезвычайно мощный измерительный микроскоп, который окажет огромное влияние на материаловедение.
Материалы, изготовленные или обработанные с целью получения среднего размера зерна порядка нескольких десятков нанометров, обладают особыми свойствами.
Атомно-масштабная характеристика таких материалов традиционными методами может быть чрезвычайно сложной.
Как упоминалось, методы лучевой микроскопии подвержены внутренним ограничениям, связанным с небольшим размером объектов, представляющих интерес с точки зрения толщины образцов, например в случае анализа индивидуальных граней частиц в нанокристаллических сплавах. Этот случай является примером анализа, в котором трехмерный характер полученных данных дает реальное преимущество, позволяя точно измерять местное распределение атомов в определенных местах в этих материалах.
Важно отметить, что направление каждой отдельной песчинки в пределах необходимого участка может быть определен с помощью функции идентификации, индексации и ориентации кристаллографических столбов в реконструкции.
Это позволяет создавать трехмерные ориентационные карты, полученным с помощью функции комбинаций, электронно-рассеянной дифракции и фиброскопии, но в гораздо меньшем масштабе.
Кроме того, в случаях, когда три набора атомных плоскостей могут быть изображены более чем в одной части, это позволяет визуализировать три набора атомных плоскостей между кристаллографической ориентацией этих двух объектов.
Зачем все это нужно? - спросит въедливый читатель. Действительно, понять сложно. Но если на более простором уровне, то можно резюмировать, что все, о чем автор текста поведал своему читателю, необходимо для дальнейшего развития области создания наноструктур. Ведь речь идет здесь действительно о материалах, созданных на макроскопическом уровне, - на уровне атомов. Даже не молекул!
