(PhysOrg.com) - O cientista que desenvolveu o espectrômetro mais sensível do mundo para identificar átomos na superfície de um material veio a Lehigh recentemente para dar uma palestra no único laboratório dos EUA equipado com seu instrumento de última geração.

Hidde Brongersma, um professor do Imperial College de Londres, Inglaterra, proferiu o discurso de abertura no Simpósio de Análise de Superfície da Lehigh University.

O evento, realizada no Laboratório Whitaker, atraiu 150 cientistas da indústria e da academia.

Brongersma, que era anteriormente associado à Universidade de Tecnologia de Eindhoven na Holanda, é o inventor do Espectrômetro de Espalhamento de Íons de Alta Sensibilidade-Baixa Energia ION-TOF Qtac100 (HS-LEIS). O espalhamento de íons de baixa energia é a única técnica que pode identificar os átomos presentes na camada mais externa de uma superfície sólida (resolução de profundidade de ~ 0,3 nanômetro; 1 nm equivale a um bilionésimo de metro).

“Esteja você tentando desenvolver um novo catalisador, fabricar um transistor menor, ou melhorar as propriedades adesivas de uma superfície de polímero, ”Disse Brongersma, “É extremamente importante ser capaz de controlar as propriedades da superfície em nível atômico.

“Para fazer isso, você deve ser capaz de analisar a composição da superfície com a mesma precisão. ”

Um par poderoso

Para analisar a superfície de uma amostra, deve-se não apenas identificar os átomos presentes, mas também determinar sua natureza química, como o estado de oxidação.

Lehigh também tem a sorte de ter um dos mais poderosos espectrômetros de fotoelétrons de raios X de alta resolução (HR-XPS), capaz de determinar a natureza química dos átomos na região da superfície. Scienta ESCA 300 da universidade, um dos 11 no mundo, é o único desse tipo nos EUA.

“Embora o XPS não seja tão sensível à superfície quanto o HS-LEIS, pode fornecer informações químicas muito úteis das 10-20 camadas atômicas superiores de um material, ”Disse Israel E. Wachs, o professor G. Whitney Snyder de engenharia química.

“Ser capaz de combinar dados de ambas as técnicas permite que Lehigh e os pesquisadores visitantes obtenham uma nova perspectiva nas superfícies de muitos dos materiais tecnologicamente importantes de hoje.

“Os insights fundamentais e sem precedentes fornecidos por essas técnicas de superfície já estão começando a mudar nossa compreensão das superfícies de materiais tecnologicamente importantes, ao mesmo tempo que estabelecem relações básicas de estrutura-desempenho que auxiliam no projeto de materiais avançados.”

Uma bola branca de íons de gases nobres

Os princípios físicos por trás da técnica HS-LEIS são semelhantes aos de um jogo de sinuca, mas em vez de uma bola branca, íons de gases nobres, como hélio ou néon, são disparados na superfície de uma amostra.

O íon de gás interage com um átomo de superfície semelhante à maneira como uma bola branca atinge outra bola de bilhar. Ele pode saltar diretamente para trás da amostra ou ser desviado em um ângulo, e uma fração de seu momento (ou energia) é transferida para o átomo da superfície.

A quantidade de energia perdida está diretamente relacionada ao peso atômico do átomo da superfície. A energia dos íons de gás nobre em repercussão é medida no espectrômetro, que pode então ser relacionado para determinar inequivocamente a identidade do átomo do qual foi espalhado.

O design exclusivo do analisador de energia toroidal Qtac100 do instrumento, que inclui um detector sensível à posição e filtro de massa de tempo de voo, oferece um 3, Melhoria de 000 vezes na sensibilidade em relação aos seus predecessores e também permite o mapeamento de superfície bidimensional.

Outras apresentações no workshop foram feitas por Wachs, que dirige o Laborando de Espectroscopia Molecular e Catálise de Lehigh; Alfred Miller, um cientista pesquisador que gerencia o laboratório Scienta XPS; e Andriy Kovalskiy, um associado de pesquisa afiliado ao Instituto Internacional de Materiais de Lehigh para Novas Funcionalidades em Vidro, que é apoiado pela National Science Foundation.