La vida en el nano carril es rápida y se ha vuelto más rápida en términos de conocimiento de los mecanismos fundamentales que funcionan a nanoescala, donde los procesos son impulsados ​​por una danza de partículas como átomos e iones de una milmillonésima parte de un metro de tamaño.

Avanzando en la comprensión a nanoescala, un equipo de investigadores chinos ha desarrollado una técnica de visualización basada en microscopía electrónica de transmisión (TEM) in situ que ofrece una funcionalidad novedosa y poderosa. Relaciona directamente la estructura a escala atómica con propiedades físicas y químicas.

Los investigadores explican cómo su hallazgo es importante para el diseño y la fabricación de la próxima generación de dispositivos tecnológicos esta semana en la revista. Letras de física aplicada . Este trabajo tiene aplicaciones potenciales que van desde ventanas inteligentes basadas en tecnología electrocrómica que cambian de tinte cuando se aplica un campo eléctrico a la superficie de una ventana, a alterar su opacidad en respuesta al voltaje, a nuevos dispositivos para la gestión de la energía, información y medio ambiente.

Investigador Xuedong Bai, Doctor., del Laboratorio Nacional de Física de la Materia Condensada de Beijing y del Instituto de Física, Academia china de ciencias, y el Centro de Innovación Colaborativa de Quantum Matter, lidera un equipo que también colabora con el Centro Internacional de Materiales Cuánticos, Escuela de Física, Universidad de Peking.

"En el presente, el mecanismo atómico de los nuevos dispositivos de energía, la información y las aplicaciones ambientales es un tema importante, ", dijo Bai." La obtención de imágenes en tiempo real de los procesos atómicos en los fenómenos físicos y químicos es la tarea de la técnica TEM in situ. Uno de los objetivos de nuestra investigación es comprender los principios básicos de los dispositivos disponibles a escala atómica, otra es explorar los dispositivos revolucionarios basados ​​en la obtención de imágenes TEM in situ de los procesos atómicos ".

En la tecnología TEM ganadora del premio Nobel, un haz de electrones, en lugar de un haz de luz utilizado en los microscopios tradicionales, se transmite a través de una muestra de metal en estudio. Debido a las longitudes de onda más pequeñas de los electrones, La tecnología TEM ofrece a los investigadores una resolución mucho más alta para que puedan ver más detalles de lo que es posible con un microscopio óptico.

Bai enfatiza que la relación entre estructura y propiedad es un interés fundamental en la ciencia de los materiales. Sin embargo, Una limitación para investigar esta relación es que la caracterización de la estructura y las mediciones de propiedades generalmente se llevan a cabo por separado. por métodos convencionales, especialmente para los materiales a nanoescala. Su movimiento novedoso implicó la combinación de estos pasos.

"Durante los últimos 15 años, Nuestro trabajo se ha centrado en la construcción y aplicaciones de la técnica de microscopía electrónica de transmisión (TEM) in situ, por lo que las propiedades a nanoescala bajo diversos estímulos físicos, incluidos eléctricos y ópticos, se han estudiado dentro de TEM, "Dijo Bai.

En particular, el equipo se centró en uno de los materiales electroquímicos más utilizados, óxido de tungsteno, y una fase crítica de transición de su producción. Usando su técnica TEM optimizada dentro de una celda electroquímica, su microscópico, Las observaciones dinámicas revelaron mecanismos detallados en tiempo real involucrados en la formación y evolución de nanocables electroquímicos de óxido de tungsteno que tienen muchas aplicaciones en la industria.

Uno de los aspectos más interesantes de su investigación fue sondear los procesos de electromigración de iones y su transformación estructural dinámica inducida. Descubrieron que estos están estrechamente relacionados con el rendimiento electroquímico, y obtuvo información sobre el amplio potencial de las investigaciones de imágenes TEM in situ.

"Las imágenes TEM in situ pueden revelar propiedades novedosas y preocupaciones científicas importantes, por ejemplo, el proceso redox accionado eléctricamente, el lugar de ocupación de los átomos de litio en el funcionamiento de las baterías de iones de litio, y la transferencia de masa en la celda de reacción electromecánica, todos pueden beneficiarse de las imágenes TEM in situ, "Dijo Bai.

Para su próximo paso, los investigadores están ampliando la técnica de obtención de imágenes a escala atómica TEM in situ para combinarla con la espectroscopia óptica ultrarrápida. Con esta extensión, Será posible obtener imágenes de alta resolución tanto en el espacio como en el tiempo.