En un nuevo estudio, Investigadores de los Laboratorios Nacionales Argonne y Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) observaron la formación de dos tipos de defectos en nanocables individuales, que son más pequeños en diámetro que un cabello humano.

Estos nanocables, hecho de arseniuro de galio indio, podría ser útil para una amplia gama de aplicaciones en un campo que los científicos han denominado optoelectrónica, que engloba dispositivos que funcionan convirtiendo la energía luminosa en impulsos eléctricos. Los relés de fibra óptica son un buen ejemplo.

"Solo tenemos que acercarnos lo suficiente para dar en algún lugar del objetivo; no tenemos que dividir la proverbial flecha". - Stephan Hruskewycz, Científico de materiales de Argonne

La efectividad de estos dispositivos, sin embargo, pueden verse afectados por pequeños defectos en sus componentes. Estos defectos, que puede cambiar las propiedades ópticas y electrónicas de estos materiales, interesar a los científicos que buscan adaptarlos para impulsar la funcionalidad de la optoelectrónica del futuro, incluyendo materiales que podrán manipular información cuántica.

En el estudio, el equipo, que también involucró a colaboradores de la Northwestern University y dos universidades europeas, observó dos tipos de defectos en un solo nanoalambre. El primer tipo de defecto, causado por la tensión, afecta a todo el nanocable, evitando que crezca perfectamente recto. El segundo tipo de defecto, llamado falla de apilamiento, ocurre cerca del nivel atómico, a medida que se colocan planos individuales de átomos para alargar el nanoalambre.

"Para visualizar la diferencia entre fallas de apilamiento y deformación, puedes pensar en barajar una baraja de cartas, "dijo el científico de materiales de Argonne Stephan Hruszkewycz, un autor del estudio. "Se produce un error de apilamiento cuando una carta del mazo se baraja de forma imperfecta, como si dos cartas vinieran de la mano derecha antes de que una de la izquierda".

Cepa, Hruszkewycz explicó, "Parece como si una torre de barajas de cartas estuviera inclinada en una dirección determinada en lugar de estar perfectamente erguida".

Debido a que las fallas de apilamiento y la deformación ocurren a escalas tan diferentes, Entender cómo interactúan para cambiar las características de un nanoalambre requiere que los científicos utilicen tecnología de imagen sofisticada y algoritmos matemáticos complejos.

Mediante el uso de una técnica llamada pticografía de Bragg para observar los defectos, los investigadores de Argonne crearon un método que podían usar para ver el nanoalambre dentro de su entorno operativo.

"Hemos desarrollado una técnica que nos permite investigar la estructura local real en el material, ", Dijo Hruszkewycz." Esto nos permitirá hacer valiosas comparaciones con las teorías que la gente ha ideado y que describen cómo estos defectos podrían afectar no solo al nanoalambre, sino todo el dispositivo del que forma parte ".

“El método proporciona un eslabón perdido entre la estructura del defecto a nanoescala y las variaciones en la tensión en escalas de mayor longitud que nos permitirán controlar mejor las propiedades optoelectrónicas de los nanocables, ", dijo el profesor de ciencia de materiales de la Universidad Northwestern, Lincoln Lauhon.

En la pticografía de Bragg, los investigadores hacen brillar un haz de rayos X en una serie de puntos superpuestos en todo el material, como un tramoyista que mueve lentamente un foco a través de un escenario. La información producida por la dispersión de los rayos X por los átomos ofrece a los investigadores una vista tridimensional del material con una resolución cercana a la atómica. Los investigadores utilizaron la técnica en la Nanoprobe de rayos X duros de Brookhaven en el National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.

"Beamline 3-ID es capaz de producir un haz nanoenfocado coherente, por lo que es muy adecuado para reconstruir imágenes mediante técnicas como la pticografía de Bragg, "dijo el científico líder de líneas de luz de Brookhaven, Yong Chu, un autor del estudio. "Esta colaboración ha sido extremadamente valiosa para mejorar las capacidades de pticografía de Bragg en NSLS-II, así como nuestra comprensión de los nanocables ".

Los científicos han mejorado recientemente los algoritmos que generan esta imagen, una mejora que ha cambiado drásticamente el proceso de recopilación de información de rayos X. En lugar de tener que utilizar un enfoque basado en cuadrículas punto por punto como se hizo en estudios ptychográficos anteriores, Hruszkewycz y sus colaboradores podían mover su haz de rayos X con mayor libertad, recopilar información útil de toda su muestra. "Es como en lugar de hacer un baile en línea muy simple y repetitivo, todo lo que tenemos que hacer es asegurarnos de colocar nuestros pies en cada parte de la pista de baile en un punto u otro, " él dijo.

Esta flexibilidad tiene otra ventaja:permite a los investigadores iluminar elementos más pequeños utilizando un tamaño de punto más pequeño, habilitado en gran parte por las placas de zona de rayos X fabricadas por Michael Wojcik. físico de Advanced Photon Source de Argonne. Estas placas de zona son una óptica difractiva que consta de varios anillos radialmente simétricos, llamadas zonas, que alternan entre opacos y transparentes. Están espaciados de modo que la luz transmitida por las zonas transparentes interfiera constructivamente en el foco deseado.

"Cuando intentamos alcanzar nuestro objetivo, no tenemos que ser Robin Hood, "Dijo Hruszkewycz." Solo tenemos que acercarnos lo suficiente para golpear en algún lugar del objetivo; no tenemos que dividir la proverbial flecha ".

Un artículo basado en el estudio, "Medición de deformaciones tridimensionales y defectos estructurales en un solo nanoalambre de InGaAs utilizando ptychography de proyección de Bragg multiangular de rayos X coherente, "apareció en la edición en línea del 18 de enero de Nano letras .