Todos reaccionan de manera diferente bajo estrés, incluso los átomos relativamente ordenados en un cristal. Si los científicos pudieran tener una idea clara de cómo los planos de átomos cambian y se comprimen bajo estrés, podrían hacer uso de esas propiedades para proporcionar tecnologías emergentes, como la nanoelectrónicay componentes semiconductores de próxima generación, con velocidad o funcionalidades adicionales. Sin embargo, crear esta imagen requiere nuevas técnicas para obtener imágenes de átomos en materiales y su comportamiento en diferentes entornos.
En un reciente estudio colaborativo del Institut Fresnel, IBM y el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE, los científicos desarrollaron una nueva forma de imagen que utiliza patrones de difracción de rayos X, llamada picografía de Bragg de ángulo único.
Aunque la picografía de Bragg y especialmente la difracción de rayos X han existido durante un tiempo, la picografía de Bragg de ángulo único permite una reconstrucción más fácil de los datos 3D sobre cómo la tensión afecta a un material.
En la difracción de rayos X, los átomos dentro de un material "dispersan" los rayos X entrantes, produciendo una señal en un detector. Debido a que hay tantos eventos de difracción superpuestos que ocurren simultáneamente, puede ser difícil identificar la contribución de unregión pequeña particular de la red a la señal general. Para compensar esto, los científicos usan un método llamado análisis de Fourier, que esencialmente convierte la señal general en una serie de ondas con picos y valles que corresponden a las intensidades relativas de varias partes de la red.señal.
Sin embargo, solo hacer una difracción de rayos X regular solo cuenta parte de la historia, dijo el autor principal y científico de materiales de Argonne, Stephan Hruszkewycz. "Para ver y comprender realmente la tensión en el espacio real, se necesita información sobre la intensidad y la intensidadfase ", dijo." Lo que necesitábamos era un truco para recuperar las fases faltantes del patrón de difracción ".
La fase puede entenderse imaginando olas golpeando la orilla después de que alguien arroja un puñado de rocas a un estanque inmóvil. Medir la altura de las olas en la orilla y su hora de llegada podría permitirle "mirar la ola hacia atrás"reconstruir las posiciones y tamaños de todas las rocas cuando tocan el agua. Sin embargo, los detectores de rayos X solo miden la altura de las olas; las fases, es decir, cuando la ola llega a la orilla, deben recuperarse por otros medios.
El truco que usaron los autores proviene de la ptychography, una técnica que es capaz de recuperar información de fase mediante el muestreo redundante de la misma región del cristal. Al cambiar el haz de rayos X solo ligeramente y al obtener imágenes de hasta un 60 por cientodel mismo espacio real entre las posiciones del haz, el equipo pudo extraer información sobre la fase.
"En esencia, al tener una gran cantidad de la misma información codificada en muestras vecinas, limita las posibles configuraciones del cristal en el espacio real", dijo Hruszkewycz.
El avance real, sin embargo, no provino de la información recopilada a través de la difracción, sino del posicionamiento del rayo mismo. Porque los investigadores sabían exactamente dónde estaba colocado el rayo y el ángulo en el que los planos atómicos del cristal dispersarían los rayos X, pudieron extraer información adicional sobre cómo la tensión afectó al material en tres dimensiones.
"La mayoría de las técnicas de difracción, incluidas algunas ptychographic, realmente solo dan una representación 2D de la muestra de interés", dijo Hruszkewycz. "Esta técnica también requiere menos requisitos en términos de tecnología de instrumentos que las técnicas comparables para generar información 3D sobre materiales"
Un artículo basado en el estudio, "Microscopía estructural tridimensional de alta resolución por picografía de Bragg de ángulo único", apareció en noviembre en la edición en línea de Materiales de la naturaleza .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Argonne . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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