Todos reaccionan de manera diferente bajo estrés, incluso los átomos relativamente ordenados en un cristal. Si los científicos pudieran tener una idea clara de cómo los planos de los átomos se desplazan y se contraen bajo estrés, podrían hacer uso de esas propiedades para proporcionar tecnologías emergentes, como la nanoelectrónica y los componentes semiconductores de próxima generación, con velocidad o funcionalidades extra. Sin embargo, La creación de esta imagen requiere nuevas técnicas para obtener imágenes de átomos en materiales y su comportamiento en diferentes entornos.

En un estudio colaborativo reciente del Institut Fresnel, IBM y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), Los científicos desarrollaron una nueva forma de obtención de imágenes que utiliza patrones de difracción de rayos X, llamada pticografía de Bragg de ángulo único.

Aunque la pticografía de Bragg y especialmente la difracción de rayos X han existido por un tiempo, La pticografía de Bragg de ángulo único permite una reconstrucción más sencilla de datos 3D sobre cómo la deformación afecta un material.

En difracción de rayos X, los átomos dentro de un material "dispersan" los rayos X entrantes, produciendo una señal en un detector. Debido a que hay tantos eventos de difracción superpuestos que ocurren simultáneamente, Puede ser difícil identificar la contribución de una pequeña región particular de la red a la señal general. Para compensar esto, Los científicos utilizan un método llamado análisis de Fourier, que esencialmente convierte la señal general en una serie de ondas con picos y valles que corresponden a las intensidades relativas de varias partes de la señal.

Sin embargo, hacer difracción regular de rayos X solo cuenta una parte de la historia, dijo el autor principal y científico de materiales de Argonne, Stephan Hruszkewycz. "Para poder ver y comprender realmente la tensión en el espacio real, necesita información tanto sobre la intensidad como sobre la fase, ", dijo." Lo que necesitábamos era un truco para recuperar las fases faltantes del patrón de difracción ".

La fase se puede entender imaginando olas rompiendo en la orilla después de que alguien arroja un puñado de rocas a un estanque quieto. Medir la altura de las olas en la orilla, así como su hora de llegada, podría permitirle "observar la ola hacia atrás" reconstruyendo las posiciones y tamaños de todas las rocas cuando golpean el agua. Detectores de rayos X, sin embargo, solo mida la altura de las olas; etapas, es decir, cuando la ola llega a la orilla, debe recuperarse por otros medios.

El truco que utilizaron los autores proviene de la picografía, una técnica que puede recuperar información de fase mediante el uso de muestreo redundante de la misma región del cristal. Al desplazar el haz de rayos X solo ligeramente, y al obtener imágenes de hasta el 60 por ciento del mismo espacio real entre las posiciones del haz, el equipo pudo extraer información sobre la fase.

"En esencia, al tener mucha de la misma información codificada en muestras vecinas, restringe las posibles configuraciones del cristal en el espacio real, "Dijo Hruszkewycz.

El verdadero avance, sin embargo, no provino de información recopilada mediante difracción, sino del posicionamiento de la propia viga. Debido a que los investigadores sabían exactamente dónde estaba posicionado el haz y el ángulo en el que los planos atómicos del cristal dispersarían los rayos X, pudieron extraer información adicional sobre cómo la deformación afectó al material en tres dimensiones.

"La mayoría de las técnicas de difracción, incluyendo algunos pticográficos, realmente solo dan una representación 2-D de la muestra de interés, ", Dijo Hruszkewycz." Esta técnica también hace menos requisitos en términos de tecnología de instrumentos que las técnicas comparables para generar información 3D sobre materiales ".

Un artículo basado en el estudio, "Microscopía estructural tridimensional de alta resolución por pticografía de Bragg de ángulo único, "apareció en noviembre en la edición en línea de Materiales de la naturaleza .