Los científicos ahora pueden profundizar en nuevos materiales para estudiar su estructura y comportamiento, gracias al trabajo de un grupo internacional de investigadores dirigido por UC Davis y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y publicado el 14 de agosto por la revista Materiales de la naturaleza.

La técnica permitirá un estudio más detallado de nuevos tipos de materiales para su uso en electrónica, producción de energía, química y otras aplicaciones.

La técnica, llamada fotoemisión resuelta en ángulo, se ha utilizado desde la década de 1970 para estudiar materiales, especialmente propiedades como la semiconductividad, superconductividad y magnetismo. Pero la técnica permite sondear a una profundidad de solo un nanómetro por debajo de la superficie de un material, un límite impuesto por la fuerte dispersión inelástica de los electrones emitidos.

El trabajo revolucionario del equipo de UC Davis / LBNL hizo uso de la fuente de rayos X de alta intensidad operada por el Instituto Nacional Japonés de Ciencias de los Materiales en la instalación de radiación de sincrotrón SPring8 en Hyogo. Japón, y permitió a los investigadores profundizar en un material, proporcionando más información y reduciendo los efectos superficiales.

"Ahora podemos llevar esto a energías mucho más altas de lo que se pensaba, "dijo Chuck Fadley, profesor de física en UC Davis y Lawrence Berkeley Lab, quien es el autor principal del artículo.

La técnica se basa en el efecto fotoeléctrico descrito por Einstein en 1905:cuando se dispara un fotón en un material, golpea un electrón. Midiendo el ángulo, energía y quizás el giro de los electrones expulsados, los científicos pueden aprender en detalle sobre el movimiento de los electrones y la unión en el material.

Previamente, la técnica utilizó energías de aproximadamente 10 a 150 electronvoltios. Trabajando en la instalación japonesa, Fadley y sus colegas pudieron aumentar eso hasta 6, 000 electronvoltios:energías que aumentaron la profundidad de sondeo hasta 20 veces.

Gracias a los recientes avances en óptica electrónica, el equipo también pudo recopilar información precisa utilizando espectrómetros especialmente diseñados, efectivamente cámaras para electrones.

El espectrómetro es como una cámara estenopeica, Señaló Fadley. Es fácil obtener una imagen nítida con una cámara estenopeica manteniendo la abertura de entrada pequeña. Abre esta apertura y se admite mucha más luz, pero una imagen clara se vuelve más difícil de extraer. Pero los nuevos desarrollos en óptica electrónica, particularmente en Suecia, han hecho posible detectar suficientes electrones para llevar a cabo tales experimentos.

Varias fuentes de rayos X de alta potencia se están ejecutando o se están construyendo en Europa y Asia, aunque todavía no se ha planificado ninguno en los EE. UU., Dijo Fadley. La nueva técnica podría utilizarse tanto para la investigación básica como comercial de nuevos materiales para la electrónica y la tecnología.

Fadley señaló que había propuesto por primera vez la idea de usar una fuente de rayos X de alta intensidad para mirar más profundamente debajo de la superficie de los materiales alrededor de 1980, pero ni las fuentes de rayos X ni los espectrómetros existían para hacer factible el experimento.