(Phys.org) —Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad de Ohio han ideado una técnica poderosa que resuelve simultáneamente la caracterización química y la topografía de materiales a nanoescala hasta la altura de un solo átomo.

La técnica combina rayos X de sincrotrón (SX) y microscopía de túnel de barrido (STM). En experimentos, los investigadores utilizaron SX como sonda y una punta inteligente nanofabricada de un STM como detector.

Usando esta técnica, Los investigadores detectaron la huella química de grupos de níquel individuales en una superficie de cobre a una resolución lateral de dos nanómetros (nm). y con la máxima sensibilidad a la altura de un solo átomo. Variando la energía de los fotones, Los investigadores utilizaron la diferencia en las secciones transversales de fotoabsorción para el sustrato de níquel y cobre para obtener imágenes químicas de un nanocluster de níquel único, abriendo así la puerta a nuevas oportunidades para la obtención de imágenes químicas de materiales a nanoescala. Hasta ahora, se alcanzaba un límite espacial de aproximadamente solo 10 nm, y los investigadores tomarían muestras simultáneamente de una gran área de muestra. Los investigadores han mejorado la resolución espacial a 2 nm.

"La obtención de imágenes con sensibilidad química directa ha sido un objetivo desde hace mucho tiempo desde que se desarrollaron los microscopios de túnel de barrido durante la década de 1980, "dijo Volker Rose, un físico en la División de Ciencias de Rayos X. "Fue muy emocionante cuando obtuvimos el contraste elemental de un material a una sola altura de capa atómica".

"Este es un matrimonio entre dos de los instrumentos más poderosos de la ciencia de los materiales, "dijo Saw-Wai Hla, Líder del grupo de materiales y dispositivos electrónicos y magnéticos en la División de Nanociencia y Tecnología de Argonne. "Ahora tenemos un instrumento que puede realizar las funciones de STM y rayos X en un solo escenario, y por tanto tiene un gran potencial para revolucionar la caracterización de materiales ”.

Para realizar el experimento, Los investigadores utilizaron la línea de luz 26-ID del Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) en la Fuente de Fotones Avanzada (APS), que está equipado con dos dispositivos onduladores colineales que sirven como fuente de rayos X y un monocromador de doble cristal que selecciona la energía del fotón. Los rayos X se pasaron a través de un cortador de haz para encender y apagar rápidamente el haz y luego iluminar la unión punta / muestra en el SX-STM. Esto permitió la detección de bloqueo muy sensible de las corrientes inducidas por rayos X.

El experimento se realizó a temperatura ambiente, que se adapta bien a las necesidades de la mayoría de las personas físicas, químico, Aplicaciones biológicas y nanomateriales. El equipo anticipa que una resolución espacial aún mayor puede ser posible con un nuevo instrumento actualmente en desarrollo.

"El siguiente paso será extender la nueva técnica a bajas temperaturas, "observa Rose." Nuestras mediciones indican que la resolución atómica se puede lograr a 5 K (alrededor de 450 F negativos) ".

Esta investigación fue financiada por el Programa de Investigación de Carrera Temprana de la Oficina de Ciencias del DOE. APS y CNM son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE ubicadas en Argonne.

Nozomi Shirato, Marvin Cummings y Benjamin Stripe, nombramientos postdoctorales en Argonne, y Heath Kersell y Yang Li, estudiantes graduados en física en la Universidad de Ohio, ayudó a realizar los experimentos. Saw-Wai Hla y Volker Rose, de Argonne, diseñó el experimento y Daniel Rosenmann, de Argonne, hizo el consejo inteligente. Curt Preissner, de la División de Soporte de Ingeniería APS de Argonne, proporcionó apoyo de ingeniería, y Jon Hiller, anteriormente del grupo Centro de Microscopía Electrónica del CNM, ayudó a hacer la sugerencia inteligente.