Cualquiera que sea el tamaño de los teléfonos móviles o las computadoras, la forma en que funcionan estos dispositivos electrónicos se basa en las interacciones entre los materiales. Por esta razón, Tanto los ingenieros como los investigadores necesitan saber exactamente cómo se comportan los elementos químicos específicos dentro de un chip de computadora o un diodo de transistor. y qué sucede cuando estos elementos se unen. Físicos de la Universidad Friedrich Schiller de Jena, Alemania, ahora han desarrollado un método innovador que les permite obtener varios tipos diferentes de información simultáneamente desde el interior de un bloque de construcción a nanoescala, y esto mientras está en el estado activo. Los investigadores de Jena y sus socios han informado de sus hallazgos en la edición actual de la revista especializada. Avances de la ciencia .

"Utilizando nuestro método, podemos obtener información al mismo tiempo sobre la composición de los elementos:la fracción entre los elementos; sobre su grado de oxidación, lo que significa su estado de valencia o la naturaleza del enlace; y finalmente, sobre los campos eléctricos internos que se han creado así, "explica el Prof. Dr. Carsten Ronning de la Universidad de Jena." Todos estos son indicadores elementales para la función del componente, "agrega Ronning, quien dirige el proyecto. Sin embargo, en el procedimiento desarrollado por los físicos, los componentes investigados no tienen que prepararse minuciosamente o posiblemente incluso destruirse. "En principio, podemos radiografiar los diodos de un teléfono móvil mientras está encendido, sin dañarlo, "dice Ronning.

Haz de rayos X del acelerador de partículas

Una característica decisiva del enfoque de investigación es un haz de rayos X muy finamente enfocado, con el que los físicos de Jena inicialmente radiografiaron un dispositivo hecho especialmente para sus experimentos. "Introdujimos átomos de arsénico y galio en un alambre de silicio de unos 200 nanómetros de espesor. Cuando se calienta, estos átomos se aglomeran en un punto, es decir, se juntan, que produce un componente funcional, "explica el profesor Ronning." Luego pasamos un haz de rayos X de 50 nanómetros de ancho a lo largo del cable, irradiando así poco a poco ".

Los investigadores establecieron que este arreglo mezcla de materiales, similar a una celda solar, convirtió los rayos X en corriente eléctrica, que fluía solo en una dirección, como en un diodo. De este modo, los investigadores hicieron visibles los campos eléctricos internos esenciales. Además, el componente emitió luz. "Los rayos X excitan los átomos en el bloque de construcción, que emiten una radiación característica, "explica el Dr. Andreas Johannes, quién llevó a cabo los experimentos. "De este modo, obtenemos un espectro, lo que nos da información valiosa sobre los elementos individuales presentes y sus proporciones relativas ". Si se altera la energía de los rayos X, Se producen los llamados espectros de absorción de rayos X que permiten a los investigadores hacer afirmaciones sobre el grado de oxidación de los elementos y, por extensión, con respecto a los bonos en sí.

"Ahora, es posible obtener todos estos tipos de información a través de una sola medición usando nuestro método, ", dice Andreas Johannes. Aunque es posible obtener resultados comparables con la microscopía electrónica, en estos casos, los dispositivos deben estar especialmente preparados y posiblemente destruidos, ya que la profundidad de penetración del haz de electrones es sustancialmente más limitada. Es más, tales mediciones solo pueden tener lugar en el vacío, mientras que el método de rayos X es prácticamente independiente de cualquier entorno específico.

Hasta ahora, Estos estrechos haces de rayos X solo podrían ser generados por aceleradores de partículas, razón por la cual los físicos de la Universidad de Jena han estado trabajando en estrecha colaboración con la Instalación Europea de Radiación Sincrotrón (ESRF) en Grenoble, Francia, para desarrollar el nuevo método de medición. Estas instalaciones están disponibles tanto para los investigadores científicos como para la industria con el fin de radiografiar los componentes existentes con mayor precisión. y sobre todo, para probar nuevas combinaciones de materiales con el fin de crear componentes de mejor rendimiento. "Por ejemplo, nuestro método puede ser valioso para desarrollar nuevas baterías, "dice Andreas Johannes." Como a los investigadores también les gustaría examinar estos, especialmente mientras está en uso y en pleno funcionamiento, por ejemplo, para determinar los grados de oxidación de los elementos ".