A medida que crece el interés por las energías renovables y los dispositivos energéticamente eficientes, también lo ha hecho el interés de la comunidad científica en descubrir y diseñar nuevos materiales con propiedades físicas deseables que podrían usarse en células solares o dispositivos de almacenamiento de energía. Una herramienta clave en este trabajo es la espectroscopia de pérdida de energía de electrones de alta resolución (HREELS), que implica exponer un material a un haz de electrones de energía cinética conocida. Mientras que los electrones pierden energía cuando rebotan en los átomos de la superficie del material, que la pérdida de energía se puede medir y utilizar para realizar determinaciones importantes sobre el material.

"Fonones, excitaciones colectivas que gobiernan el movimiento de los átomos dentro de la red cristalina de un sólido, son un tema de particular interés para los científicos porque afectan las propiedades físicas, como la capacidad de un material dado para conducir electricidad o calor, "explicó François C. Bocquet, un físico en el Forschungszentrum Jülich, un centro de investigación científica en Jülich, Alemania. "Estas propiedades son importantes porque afectan la idoneidad de un material para su uso en diferentes aplicaciones".

"El desafío ha sido que los científicos de superficie pueden consumir mucho tiempo usando HREELS para medir la dispersión de fonones o la pérdida neta de energía en todos los ángulos. Hasta ahora, solo era posible medir un ángulo y una pérdida de energía a la vez, por lo que podría llevar más de un día medir la dispersión. De hecho, podría tomar hasta una semana si no eligiera una energía cinética apropiada para los electrones en el haz entrante porque esto afecta la intensidad de los fonones y, por lo tanto, la facilidad con la que se pueden medir, "Dijo Bocquet.

Para abordar estos problemas, Bocquet y sus colegas han adaptado un instrumento utilizado para HREELS con nuevos componentes para que la dispersión de fonones de un material dado se pueda medir en cuestión de minutos. Describen su dispositivo esta semana en la revista. Revisión de instrumentos científicos .

"Nuestro aparato tiene dos componentes principales que nos permiten mejorar la medición de la dispersión de fonones, "Bocquet dijo, cuya investigación también está financiada por el Fondo de Iniciativas y Redes de la Asociación Helmholtz. "El primero es un analizador de electrones hemisférico, que se ha utilizado con éxito durante más de una década en espectroscopía fotoelectrónica de resolución angular. El segundo es una fuente de electrones de alta resolución de energía que se desarrolló internamente. Se puede optimizar con el software que creamos para que los electrones del haz entrante tengan la energía cinética deseada y estén enfocados en un área muy pequeña de la muestra que se ajuste al campo de visión del analizador de electrones hemisférico ".

El marco de tiempo mejorado para determinar la dispersión de fonones tiene el beneficio adicional de permitir a los científicos de superficie abordar muestras cuya medición era demasiado engorrosa hasta ahora.

"Los científicos de superficies suelen trabajar en condiciones de vacío porque las superficies que estudian deben estar extremadamente limpias y no tener contaminantes. Dado que ningún vacío es perfecto, sin embargo, por lo general, tienen que dejar de medir una muestra determinada después de unas horas y volver a prepararla. Reducir el tiempo para medir la dispersión significa que ahora es posible medir muestras que son difíciles de preparar y de corta duración, "Dijo Bocquet.

Bocquet y sus colegas tienen la intención de usar su dispositivo para investigar materiales relacionados con el grafeno, una sustancia conocida que ha despertado mucho interés entre los científicos en la última década. También están ansiosos por ver qué materiales usan otros científicos de la superficie para estudiar.

"Se están desarrollando tantos materiales nuevos e interesantes cuyas propiedades físicas podrían entenderse más profundamente si pudiéramos medir su dispersión de fonones, ", Dijo Bocquet." Esta información ayudaría a los científicos e ingenieros a determinar la idoneidad de estos materiales para su uso en nuevos dispositivos que aborden los desafíos mundiales urgentes ".