Los científicos e ingenieros que trabajan en la frontera de la nanotecnología enfrentan grandes desafíos. Cuando la posición de un solo átomo en un material puede cambiar las propiedades fundamentales de ese material, los científicos necesitan algo en su caja de herramientas para medir cómo se comportará ese átomo.
Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Leeds, en colaboración con colegas de la Universidad de la Sorbona en París, Francia, ha demostrado por primera vez que es posible desarrollar una técnica de diagnóstico poco relacionada con la idea de un diapasón.
Un diapasón produce un tono fijo cuando se le aplica energía, en ese caso, cuando se golpea. Pero si el tenedor se modifica de alguna manera, se desafinará: el tono cambia.
La técnica utilizada por el equipo de investigación consiste en disparar un haz de electrones a un solo átomo en un sólido. Esa corriente de energía hace que vibren los átomos que lo rodean.
Esto crea una huella dactilar de energía vibratoria única, similar al tono fijo de un diapasón, que puede grabarse con un microscopio electrónico. Pero si está presente una impureza de un solo átomo, otro elemento químico, por ejemplo, la huella dactilar de energía vibratoria deesa impureza cambiará: el material 'sonará' diferente en esta ubicación precisa.
La investigación abre la posibilidad de que los científicos puedan monitorear los materiales en busca de impurezas atómicas.
Los hallazgos, Espectroscopía vibratoria de átomo único en el microscopio electrónico de barrido, se publican hoy 5 de marzo en la revista ciencia .
Quentin Ramasse, profesor de microscopía electrónica avanzada en Leeds que dirigió el proyecto, dijo: "Ahora tenemos evidencia directa de que un solo átomo" extraño "en un sólido puede cambiar su propiedad vibracional a escala atómica.
"Esto se ha predicho durante décadas, pero no ha habido ninguna técnica experimental para observar estos cambios vibratorios directamente. Hemos podido mostrar por primera vez que puede registrar la firma de ese defecto con precisión atómica".
Los investigadores utilizaron el Laboratorio SuperSTEM, el Centro Nacional de Investigación del Reino Unido para Microscopía Electrónica Avanzada, con el apoyo del Consejo de Ingeniería y Investigación Física EPSRC.
La instalación alberga algunas de las instalaciones más avanzadas del mundo para investigar la estructura atómica de la materia, y funciona bajo los auspicios de un consorcio académico dirigido por la Universidad de Leeds que también incluye a las universidades de Oxford, York, que estuvieron involucradasen este proyecto, así como Manchester, Glasgow y Liverpool.
Los científicos localizaron un solo átomo de silicio de impureza en un gran cristal de grafeno una forma de carbono de solo un átomo de espesor, y luego enfocaron el haz de su microscopio electrónico directamente en ese átomo.
El profesor Ramasse dijo: "Lo estamos golpeando con un haz de electrones, lo que hace que el átomo de silicio se mueva o vibre, absorbiendo parte de la energía del haz de electrones entrante en el proceso, y estamos midiendo la cantidad de energíaeso está siendo absorbido "
La animación ilustra esquemáticamente cómo vibra el silicio y cómo esa vibración comienza a afectar a los átomos vecinos, y se inspira en extensos cálculos teóricos del equipo del Dr. Guillaume Radtke de la Universidad de la Sorbona, que colaboró en este proyecto.
"La respuesta vibratoria que observamos es exclusiva de cómo se ubica este átomo de silicio en particular dentro de la red de grafeno", agregó el Dr. Radtke. "Podríamos predecir cómo su presencia perturbaría la red circundante de átomos de carbono, pero estos experimentos representan un verdaderologro técnico porque ahora podemos medir con precisión atómica un cambio tan sutil "
Las instalaciones de investigación y microscopía electrónica fueron financiadas por el Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Leeds . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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