Los rayos X altamente coherentes de fuentes de sincrotrón se pueden utilizar para obtener imágenes de nanomateriales en 3-D a decenas de nanómetros de resolución espacial. Esta imagen muestra un patrón monocromático de rayos X duros de una partícula de oro de un solo cristal, que produce una imagen de flecos con forma de moteado. La inversión de estas "imágenes de difracción" en determinadas condiciones puede dar como resultado una distribución de alta resolución de la densidad electrónica (amplitud) y la deformación de la estructura reticular (cambio de fase). Crédito:Wenge Yang
Un equipo de investigadores ha logrado un gran avance en la medición de la estructura de nanomateriales bajo presiones extremadamente altas. Por primera vez, desarrollaron una forma de sortear las severas distorsiones de los rayos X de alta energía que se utilizan para obtener imágenes de la estructura de un nanocristal de oro. La técnica, descrito en el 9 de abril, 2013, cuestión de Comunicaciones de la naturaleza , podría conducir a avances en nuevos nanomateriales creados bajo altas presiones y una mayor comprensión de lo que está sucediendo en el interior de los planetas.
Autor principal del estudio, Wenge Yang, del Consorcio Sinergético de Alta Presión de la Carnegie Institution, explicó:"La única forma de ver qué sucede con tales muestras cuando están bajo presión es utilizando rayos X de alta energía producidos por fuentes de sincrotrón. Los sincrotrones pueden proporcionar rayos X altamente coherentes para Imágenes 3-D con decenas de nanómetros de resolución. Esto es diferente de las imágenes de rayos X incoherentes que se utilizan para exámenes médicos que tienen una resolución espacial de micrones. Las altas presiones cambian fundamentalmente muchas propiedades del material ".
El equipo descubrió que al promediar los patrones de las ondas dobladas (los patrones de difracción) del mismo cristal utilizando diferentes alineaciones de muestra en la instrumentación, y mediante el uso de un algoritmo desarrollado por investigadores del Centro de Nanotecnología de Londres, pueden compensar la distorsión y mejorar la resolución espacial en dos órdenes de magnitud.
"El problema de la distorsión de la onda es análogo a recetar anteojos para la celda del yunque de diamante para corregir la visión del sistema coherente de imágenes de rayos X, "comentó Ian Robinson, líder del equipo de Londres.
Los investigadores sometieron un monocristal de oro de 400 nanómetros (0,000015 pulgadas) a presiones de aproximadamente 8, 000 veces la presión al nivel del mar a 64, 000 veces esa presión, que se trata de la presión en el manto superior de la Tierra, la capa entre el núcleo externo y la corteza.
El equipo realizó el experimento de imágenes en Advanced Photon Source, Laboratorio Nacional Argonne. Comprimieron el nanocristal de oro y encontraron al principio, como se esperaba, que los bordes del cristal se vuelvan afilados y tensos. Pero para su completa sorpresa, las deformaciones desaparecieron tras una mayor compresión. El cristal desarrolló una forma más redondeada a la presión más alta, lo que implica un flujo inusual parecido al plástico.
"Las nanopartículas de oro son materiales muy útiles, ", remarcó Yang." Son aproximadamente un 60% más rígidas en comparación con otras partículas de tamaño micrométrico y podrían resultar fundamentales para la construcción de electrodos moleculares mejorados, recubrimientos a nanoescala, y otros materiales de ingeniería avanzados. La nueva técnica será fundamental para los avances en estas áreas ".
"Ahora que se ha resuelto el problema de la distorsión, se puede acceder a todo el campo de las estructuras de nanocristales bajo presión, ", dijo Robinson." El misterio científico de por qué los nanocristales bajo presión son de alguna manera hasta un 60% más fuertes que el material a granel pronto se desvelará ".
