Mientras que los médicos usan rayos X para ver los huesos rotos dentro de nuestro cuerpo, Los científicos han desarrollado una nueva técnica de rayos X para ver el interior de nanopartículas empaquetadas continuamente, también conocido como granos, examinar deformaciones y dislocaciones que afecten a sus propiedades.

En un nuevo estudio publicado el pasado viernes en Ciencias , Los investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) utilizaron una técnica de dispersión de rayos X llamada imágenes de difracción coherente de Bragg para reconstruir en 3-D el tamaño y la forma de los defectos de los granos. Estos defectos crean imperfecciones en la red de átomos dentro de un grano que pueden dar lugar a interesantes propiedades y efectos del material.

"Esta técnica proporciona una sensibilidad muy alta a los desplazamientos atómicos, así como la capacidad de estudiar materiales en diferentes condiciones realistas, como las altas temperaturas, "dijo el físico de Argonne Wonsuk Cha, un autor del artículo.

"Si desea mapear el interior del grano, para ver la red de dislocaciones, esta es una técnica emocionante, ", agregó el científico de materiales de Argonne, Andrew Ulvestad, otro autor.

Durante los últimos diez años, los científicos habían examinado la estructura defectuosa de nanopartículas separadas. Pero los científicos no tenían forma de ver las distorsiones en la red cristalina de los granos que formaban películas continuas de material. como los que se encuentran en algunas células solares o ciertos materiales catalíticos.

En imágenes de difracción coherente de Bragg, los científicos iluminan con rayos X una muestra, que dispersan los átomos en la estructura del material. Al observar los patrones de dispersión, los científicos pueden reconstruir la composición del material en 3-D. Con pequeñas nanopartículas aisladas, esta información es relativamente fácil de recopilar, pero para las películas delgadas existen complicaciones adicionales. "Es como intentar averiguar dónde está Paul McCartney en la icónica foto de Abbey Road en lugar de intentar averiguar dónde está el sexto violinista de una gran orquesta, ", Dijo Ulvestad.

La investigación se centró en un área específica entre partículas conocida como "límite de grano, "una región que causa la mayoría de los fenómenos materiales interesantes". El límite del grano se puede considerar como una línea de falla en una placa tectónica, ", Dijo Ulvestad." Gobierna una gran cantidad de actividad subyacente ".

Ulvestad mencionó específicamente las células solares de película delgada, una tecnología fotovoltaica prometedora, como un ejemplo notable de un tipo de material tecnológicamente interesante que podría beneficiarse del estudio. "Suelen ser materiales bastante complicados cuyo comportamiento está determinado en gran medida por los átomos que se encuentran en primera línea, 'cerca de los límites de los granos, " él dijo.

Las dislocaciones cerca de los límites del grano están controladas por la estructura del defecto en el material, y Ulvestad espera que a medida que los científicos adquieran la capacidad de controlar la síntesis y el posicionamiento de los defectos, en última instancia, también podrán controlar el comportamiento de los materiales cerca del límite del grano.

Mediante el uso de rayos X de alta energía especialmente penetrantes producidos por la fuente de fotones avanzada de Argonne, los investigadores pudieron observar la deformación de la red cristalina en tiempo real.

Un artículo basado en el estudio, "Imagen difractiva coherente de Bragg de la dinámica de defectos de un solo grano en películas policristalinas, "apareció en línea en Ciencias el 19 de mayo.