(Phys.org) —Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA e da Universidade de Ohio desenvolveram uma técnica poderosa que resolve simultaneamente a caracterização química e a topografia de materiais em nanoescala até a altura de um único átomo.

A técnica combina raios X síncrotron (SX) e microscopia de tunelamento de varredura (STM). Em experimentos, os pesquisadores usaram o SX como uma sonda e uma ponta inteligente nanofabricada de um STM como um detector.

Usando esta técnica, os pesquisadores detectaram a impressão digital química de aglomerados individuais de níquel em uma superfície de cobre com resolução lateral de dois nanômetros (nm), e com a sensibilidade final de altura de átomo único. Variando a energia do fóton, os pesquisadores usaram a diferença nas seções transversais de fotoabsorção para o níquel e o substrato de cobre para obter uma imagem química de um nanocluster de níquel único - abrindo assim a porta para novas oportunidades para imagens químicas de materiais em nanoescala. Até agora, um limite espacial de cerca de apenas 10 nm foi atingível, e os pesquisadores iriam amostrar simultaneamente uma grande área de amostra. Os pesquisadores melhoraram a resolução espacial para 2 nm.

"Imagens com sensibilidade química direta têm sido uma meta de longa data desde que os microscópios de tunelamento de varredura foram desenvolvidos durante a década de 1980, "disse Volker Rose, um físico da Divisão de Ciência de Raios-X. "Foi muito emocionante quando obtivemos o contraste elementar de um material com apenas uma altura da camada atômica".

"Este é um casamento entre dois dos mais poderosos instrumentos da ciência dos materiais, "disse Saw-Wai Hla, líder do grupo de dispositivos e materiais eletrônicos e magnéticos na Divisão de Nanociência e Tecnologia da Argonne. "Agora temos um instrumento que pode realizar as funções de STM e raios-X em um único ambiente, e por isso tem um grande potencial para revolucionar a caracterização de materiais. "

Para conduzir o experimento, pesquisadores usaram a linha de luz 26-ID do Center for Nanoscale Materials (CNM) na Advanced Photon Source (APS), que é equipado com dois dispositivos onduladores colineares que servem como fonte de raios-X e um monocromador de cristal duplo que seleciona a energia do fóton. Os raios X foram passados ​​por um chopper de feixe para ligar e desligar rapidamente o feixe e, em seguida, iluminar a junção ponta / amostra no SX-STM. Isso permitiu a detecção de bloqueio muito sensível das correntes induzidas por raios-X.

O experimento foi conduzido em temperatura ambiente, que é adequado para as necessidades da maioria física, químico, aplicações biológicas e nanomateriais. A equipe prevê que uma resolução espacial ainda maior pode se tornar possível com um novo instrumento atualmente em desenvolvimento.

“O próximo passo será estender a nova técnica para baixas temperaturas, "observa Rose." Nossas medições indicam que a resolução atômica pode ser alcançada a 5 K (cerca de 450 F negativos). "

Esta pesquisa foi financiada pelo DOE Office of Science Early Career Research Program. O APS e o CNM são instalações do usuário do DOE Office of Science localizadas em Argonne.

Nozomi Shirato, Marvin Cummings e Benjamin Stripe, nomeados de pós-doutorado em Argonne, e Heath Kersell e Yang Li, alunos de pós-graduação em física na Universidade de Ohio, ajudou a conduzir os experimentos. Saw-Wai Hla e Volker Rose, de Argonne, projetou o experimento e Daniel Rosenmann, de Argonne, fez a dica inteligente. Curt Preissner, da Divisão de Suporte de Engenharia APS da Argonne, forneceu suporte de engenharia, e Jon Hiller, anteriormente do grupo do Centro de Microscopia Eletrônica da CNM, ajudou a fazer a dica inteligente.