p Em um novo estudo, pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA (DOE) Argonne e Brookhaven National Laboratories observaram a formação de dois tipos de defeitos em nanofios individuais, que são menores em diâmetro do que um fio de cabelo humano. p Esses nanofios, feito de arsenieto de gálio e índio, pode ser útil para uma ampla gama de aplicações em um campo que os cientistas denominaram optoeletrônica, que engloba dispositivos que funcionam convertendo a energia da luz em impulsos elétricos. Os relés de fibra óptica são um bom exemplo.

p "Só temos que chegar perto o suficiente para acertar em algum lugar do alvo; não temos que partir a flecha proverbial." - Stephan Hruskewycz, Cientista de materiais Argonne

p A eficácia desses dispositivos, Contudo, podem ser afetados por pequenos defeitos em seus componentes. Esses defeitos, que pode alterar as propriedades ópticas e eletrônicas desses materiais, cientistas de interesse que procuram adaptá-los para impulsionar a funcionalidade da optoeletrônica do futuro, incluindo materiais que serão capazes de manipular informações quânticas.

p No estudo, O time, que também envolveu colaboradores da Northwestern University e duas universidades europeias, observaram dois tipos de defeitos em um único nanofio. O primeiro tipo de defeito, causado pela tensão, afeta todo o nanofio, impedindo-o de crescer perfeitamente reto. O segundo tipo de defeito, chamado de falha de empilhamento, ocorre próximo ao nível atômico, à medida que planos individuais de átomos são estabelecidos para alongar o nanofio.

p "Para visualizar a diferença entre falhas de empilhamento e tensão, você pode pensar em embaralhar um baralho de cartas, "disse o cientista de materiais da Argonne, Stephan Hruszkewycz, um autor do estudo. "Uma falha de empilhamento ocorre quando uma carta do baralho é embaralhada de maneira imperfeita - como se duas cartas viessem da mão direita antes que uma pudesse vir da esquerda."

p Tensão, Hruszkewycz explicou, "parece que uma torre de baralhos de cartas foi inclinada em uma certa direção, em vez de ficar perfeitamente reta."

p Como as falhas de empilhamento e tensão ocorrem em escalas diferentes, compreender como eles interagem para alterar as características de um nanofio requer que os cientistas usem tecnologia de imagem sofisticada e algoritmos matemáticos complexos.

p Usando uma técnica chamada de pticografia de Bragg para observar os defeitos, os pesquisadores de Argonne criaram um método que poderiam usar para ver o nanofio dentro de seu ambiente operacional.

p “Desenvolvemos uma técnica que nos permite investigar a real estrutura local do material, "Hruszkewycz disse." Isso nos permitirá fazer comparações valiosas com as teorias que as pessoas criaram que descrevem como esses defeitos podem afetar não apenas o nanofio, mas todo o dispositivo do qual faz parte. "

p "O método fornece um elo perdido entre a estrutura do defeito em nanoescala e variações na tensão em escalas de comprimento mais longas que nos permitirão controlar melhor as propriedades optoeletrônicas dos nanofios, "disse Lincoln Lauhon, professor de ciência de materiais da Northwestern University.

p Na pticografia de Bragg, pesquisadores projetam um feixe de raios-X em uma série de pontos sobrepostos em todo o material, como um ajudante de palco movendo lentamente um holofote pelo palco. A informação produzida pelo espalhamento dos átomos nos raios X dá aos pesquisadores uma visão tridimensional do material com resolução próxima à atômica. Os pesquisadores usaram a técnica no Hard X-ray Nanoprobe de Brookhaven na National Synchrotron Light Source II (NSLS-II), um DOE Office of Science User Facility.

p "O Beamline 3-ID é capaz de produzir um feixe nanofocado coerente, por isso é adequado para reconstruir imagens por meio de técnicas como a pticografia de Bragg, "disse o cientista líder da linha de luz de Brookhaven, Yong Chu, um autor do estudo. "Esta colaboração foi extremamente valiosa para o avanço das capacidades de pticografia de Bragg no NSLS-II, bem como a nossa compreensão dos nanofios. "

p Os cientistas aprimoraram recentemente os algoritmos que geram esta imagem, uma melhoria que mudou drasticamente o processo de coleta de informações de raios-X. Em vez de ter que usar uma abordagem baseada em grade ponto a ponto, como feito em estudos pticográficos anteriores, Hruszkewycz e seus colaboradores podiam mover seu feixe de raios-X com mais liberdade, coleta de informações úteis de toda a sua amostra. "É como se, em vez de fazer uma dança simples e repetitiva, tudo o que precisamos fazer é garantir que colocamos nossos pés em cada parte da pista de dança em um ponto ou outro, " ele disse.

p Essa flexibilidade tem outra vantagem:permite que os pesquisadores iluminem recursos menores usando um tamanho de ponto menor - habilitado em grande parte por placas de zona de raios-X fabricadas por Michael Wojcik, um físico da Fonte Avançada de Fótons de Argonne. Essas placas de zona são uma óptica difrativa que consiste em vários anéis radialmente simétricos, zonas chamadas, que alternam entre opaco e transparente. Eles são espaçados de forma que a luz transmitida pelas zonas transparentes interfira construtivamente no foco desejado.

p "Quando estamos tentando atingir nosso alvo, não temos que ser Robin Hood, "Hruszkewycz disse." Nós apenas temos que chegar perto o suficiente para acertar em algum lugar no alvo; não temos que partir a flecha proverbial. "

p Um artigo baseado no estudo, "Medindo deformações tridimensionais e defeitos estruturais em um único nanofio InGaAs usando pticografia de projeção de Bragg multiangular de raios-X coerente, "apareceu na edição online de 18 de janeiro de Nano Letras .