Los avances científicos recientes han abierto nuevas oportunidades para la observación cercana de los fenómenos físicos. Investigadores de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Newcastle introdujeron recientemente un nuevo método para medir la difracción del átomo de helio con resolución espacial microscópica.
Este método, descrito en un artículo en Physical Review Letters , permite a los físicos estudiar materiales sensibles a los electrones y comprender mejor su morfología mediante la microdifracción de helio.
"El microscopio de barrido de helio ha sido desarrollado por varios grupos de investigación durante más de una década con el objetivo de mejorar la resolución del instrumento y estudiar muestras tecnológicas y biológicas", dijo a Phys.org Matthew Bergin, coautor del artículo. "Sin embargo, se ha trabajado relativamente poco en el uso del aspecto de onda de materia del haz de helio para estudiar superficies ordenadas con un microscopio de barrido de helio."
El reciente estudio de Bergin y sus colegas se basa en uno de sus artículos anteriores publicado en Scientific Reports. en 2020. En este trabajo anterior, los investigadores observaron la firma de difracción de un punto microscópico en una muestra, pero no pudieron medir directamente su patrón de difracción subyacente.
En su nuevo artículo, se propusieron continuar su trabajo en esta área. El objetivo subyacente de su estudio era demostrar que una onda de materia basada en átomos podría usarse para formar un patrón de difracción a partir de regiones espacialmente resueltas de una superficie.
"Debido a la dualidad partícula-onda de los átomos, un haz de helio dirigido a una red puede comportarse como una onda y difractarse de la estructura periódica", dijo Bergin. "Los átomos de helio de energía térmica poseen una energía tan baja (<100 meV) que se garantiza que el patrón de difracción obtenido será excepcionalmente sensible a la estructura de la superficie.
"La dispersión de átomos de helio es una técnica bien establecida que utiliza la posición y la intensidad de estos picos de difracción para estudiar la superficie de una muestra; sin embargo, hasta ahora estos estudios se han restringido a cristales homogéneos que tienen al menos varios milímetros de tamaño".
En sus experimentos, Bergin y sus colegas utilizaron un microscopio de barrido de helio que utiliza un orificio para colimar un haz de helio. Con este microscopio y una estrategia cuidadosamente diseñada, pudieron recolectar patrones de difracción de una pequeña región (~10 um) de una muestra, a pesar de usar un detector fijo.
"Al calibrar cuidadosamente el instrumento, podemos mover las etapas de posicionamiento y rotación de la muestra para variar el ángulo de detección saliente y el acimut de la muestra mientras iluminamos el mismo punto", explicó Bergin. "El resultado es que podemos construir un patrón de difracción exclusivamente sensible a la superficie a partir de la pequeña zona iluminada de la muestra."
El trabajo reciente de este equipo de investigación demuestra la viabilidad de utilizar átomos para recolectar un patrón de difracción de una región microscópica en la superficie de una muestra. Su método propuesto podría ser utilizado por otros físicos para estudiar patrones de difracción y obtener nuevos conocimientos sobre materiales que no pueden examinarse con precisión utilizando técnicas convencionales de dispersión de átomos.
"Las capacidades de resolución espacial del instrumento combinadas con la excelente sensibilidad de la superficie ahora nos permiten utilizar la dispersión atómica para medir las propiedades materiales de muestras pequeñas con características superficiales interesantes, como escamas de materiales 2D", añadió Bergin.
"En la Universidad de Cambridge ya se ha comenzado a trabajar en la aplicación de la técnica para medir la difracción de escamas de materiales 2D. Mientras tanto, colegas de la Universidad de Newcastle están desarrollando una nueva etapa de medición que puede mover directamente el detector para recolectar patrones de difracción sin ningún calibración o manipulación compleja de la muestra."
Más información: Nick A. von Jeinsen et al, Difracción de átomos de helio 2D desde un punto microscópico, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.236202
Información de la revista: Informes científicos , Cartas de revisión física
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