Todos reagem de maneira diferente sob estresse - até mesmo os átomos relativamente ordenados em um cristal. Se os cientistas pudessem ter uma imagem clara de como os planos dos átomos mudam e se comprimem sob estresse, eles poderiam fazer uso dessas propriedades para fornecer tecnologias emergentes, como nanoeletrônica e componentes semicondutores de última geração, com velocidade ou funcionalidades extras. Contudo, a criação dessa imagem requer novas técnicas de geração de imagens de átomos em materiais e seu comportamento em diferentes ambientes.

Em um estudo colaborativo recente do Institut Fresnel, IBM e o Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE), os cientistas desenvolveram uma nova forma de imagem que usa padrões de difração de raios-X, chamada de pticografia de Bragg de ângulo único.

Embora a picografia de Bragg e, especialmente, a difração de raios-X já existam há algum tempo, A pticografia de Bragg de ângulo único permite uma reconstrução mais fácil de dados 3-D sobre como a deformação afeta um material.

Na difração de raios-X, os átomos dentro de um material "espalham" os raios X de entrada, produzir um sinal em um detector. Porque existem tantos eventos de difração sobrepostos acontecendo simultaneamente, pode ser difícil identificar a contribuição de uma pequena região particular da rede para o sinal geral. Para compensar isso, os cientistas usam um método chamado análise de Fourier, que essencialmente converte o sinal geral em uma série de ondas com picos e vales que correspondem às intensidades relativas de várias partes do sinal.

Contudo, apenas fazer difração de raios-X regular conta apenas parte da história, disse o autor principal e cientista de materiais da Argonne, Stephan Hruszkewycz. "Para realmente ver e compreender a tensão no espaço real, você precisa de informações sobre a intensidade e a fase, "ele disse." O que precisávamos era um truque para recuperar as fases ausentes do padrão de difração.

A fase pode ser entendida imaginando ondas batendo na costa depois que alguém joga um punhado de pedras em um lago calmo. Medir a altura das ondas na costa, bem como seu tempo de chegada, pode permitir que você "observe a onda ao contrário", reconstruindo as posições e tamanhos de todas as rochas quando elas atingem a água. Detectores de raios X, Contudo, mede apenas a altura das ondas; fases, ou seja, quando a onda atinge a costa, deve ser recuperado por outros meios.

O truque que os autores usaram vem da pticografia, uma técnica que é capaz de recuperar informações de fase usando amostragem redundante da mesma região do cristal. Ao mudar o feixe de raios-X apenas ligeiramente, e pela geração de imagens de até 60 por cento do mesmo espaço real entre as posições do feixe, a equipe conseguiu extrair informações sobre a fase.

"Em essência, por ter muitas das mesmas informações codificadas em amostras vizinhas, restringe as configurações possíveis do cristal no espaço real, "Hruszkewycz disse.

O verdadeiro avanço, Contudo, não veio de informações coletadas por difração, mas a partir do posicionamento da própria viga. Como os pesquisadores sabiam exatamente onde o feixe estava posicionado e o ângulo em que os planos atômicos do cristal espalhariam os raios-X, eles foram capazes de extrair informações adicionais sobre como a deformação afetou o material em três dimensões.

"A maioria das técnicas de difração, incluindo alguns pticográficos, realmente só dá uma representação 2-D da amostra de interesse, "Hruszkewycz disse." Esta técnica também faz menos requisitos em termos de tecnologia de instrumentos do que técnicas comparáveis ​​para gerar informações 3-D sobre materiais. "

Um artigo baseado no estudo, "Microscopia estrutural tridimensional de alta resolução por pticografia de Bragg de ângulo único, "apareceu em novembro na edição online de Materiais da Natureza .