一次断层扫描可以提供原子尺度的3D图像

来自德国和中国的研究人员开发了一种方法，只需使用单个1D快照，就可以获得具有原子分辨率的纳米晶体3D图像。

在纳米尺度上，原子排列对材料的性质有巨大的影响，比如它的催化活性。在这种情况下，纳米颗粒的表面尤其重要，因为它与颗粒的总体积相比要比宏观尺度物体大得多。然而，获取关于纳米晶体表面拓扑、原子排列和杂质的详细信息是困难的。经典的透射电子显微镜(TEM)用于确定晶体晶格，但对表面结构不是很敏感。晶体层析成像是一种最可靠的表面成像方法，它通过沿不同观测方向拍摄的一系列TEM图像生成3D图像。但要获得原子分辨率，通常必须拍摄数十到数百张图像。这意味着将样品暴露在大剂量的高能电子中，通常会损坏其表面。

Andreas Thust来自德国研究中心Jülich的中国西安交通大学的贾春林及其同事现在使用高灵敏度电子显微镜和复杂的数据分析，从一张TEM图像中重建了MgO晶体的表面。显微镜的灵敏度使研究人员能够分辨晶体顶部和底部表面散射信号的微小强度差异，通过将其与计算机模拟图像进行比较，为他们提供重建样品3D图像所需的所有信息。图斯特说:“主要的问题是信号对噪声的转换。”这就是为什么这种类型的成像目前只有最先进的设备才能实现。在这个阶段，该技术也很耗时，因为结构重建是手动进行的，需要几个星期。然而，“如果是自动化的，几个小时就能完成”，图斯特说。

“(到目前为止)，纳米结构的3D形状重建至少需要两张图像，”解释说Van Tendeloo参谋他来自比利时安特卫普大学，也从事TEM成像研究。然而，van Tendeloo注意到，Jia和Thust假设了一个没有空位的晶体。他说:“这种方法确实非常有用，但对于许多纳米材料来说，其性质是由空位的存在所控制的。”在这些情况下，这种方法需要推广。

Thust预测，由于曝光时间只有一秒钟，这项技术可以用于研究辐射敏感的样品。“我们对时间分辨的采集很感兴趣，因为电子显微镜中关于样品损伤的讨论。我们想观察样品表面(在这个过程中)是如何变化的。“短的采集时间意味着该技术也可以用于研究化学反应过程中的表面变化。”