(PhysOrg.com) -- Un pixel vaut mille mots ? Pas exactement comme dit le proverbe, mais dans ce cas, c'est vrai :les scientifiques de la fonderie moléculaire de Berkeley Lab ont mis au point une nouvelle méthode de cartographie chimique qui fournit un aperçu sans précédent des matériaux à l'échelle nanométrique. Au-delà des techniques d'imagerie statique traditionnelles, qui fournissent un instantané dans le temps, ces nouvelles cartes guideront les chercheurs dans le déchiffrement de la chimie moléculaire et des interactions à l'échelle nanométrique - essentielles pour la photosynthèse artificielle, la production de biocarburants et les applications de récolte de lumière telles que les cellules solaires.

« Cette nouvelle technique nous permet de capturer des images à très haute résolution de nanomatériaux avec une énorme quantité d'informations physiques et chimiques à chaque pixel, " dit Alexander Weber-Bargioni, un chercheur postdoctoral dans l'installation d'imagerie et de manipulation de nanostructures à la fonderie. « Habituellement, lorsque vous prenez une image, vous obtenez juste une image de ce à quoi ressemble ce matériau, mais rien de plus. Avec notre méthode, nous pouvons maintenant obtenir des informations sur la fonctionnalité d'une nanostructure avec des détails riches.

The Molecular Foundry est un centre de nanosciences et un centre national d'utilisateurs du département de l'Énergie (DOE) des États-Unis. Avec l'outil de pointe à faisceau d'ions focalisé de la fonderie à leur disposition, Weber-Bargioni et son équipe ont conçu et fabriqué une antenne coaxiale capable de focaliser la lumière à l'échelle nanométrique, – une maîtrise de la lumière s'apparentant au maniement d'un couteau bien aiguisé lors d'un orage, dit Weber-Bargioni.

Constitué d'or enroulé autour d'une pointe de microscope à force atomique en nitrure de silicium, cette antenne coaxiale sert de sonde optique pour des structures à résolution nanométrique pendant plusieurs heures d'affilée. Qui plus est, contrairement aux autres pointes de sonde à balayage, il fournit suffisamment d'amélioration, ou intensité lumineuse, pour rapporter l'empreinte chimique à chaque pixel lors de la collecte d'une image (généralement 256 x 256 pixels). Ces données sont ensuite utilisées pour générer plusieurs « cartes » liées à la composition, ” chacun avec une mine d'informations chimiques à chaque pixel, à une résolution de seulement vingt nanomètres. Les cartes fournissent des informations essentielles pour l'examen des nanomatériaux, dans lequel la chimie de surface locale et les interfaces dominent le comportement.

« La fabrication de sondes de microscopie optique en champ proche reproductibles a toujours été un défi, " dit Frank Ogletree, directeur par intérim de l'installation d'imagerie et de manipulation de nanostructures de la fonderie. « Nous avons maintenant une méthode à haut rendement pour fabriquer des sondes plasmoniques conçues pour la spectroscopie sur une variété de surfaces. »

Pour tester la capacité de leur nouvelle sonde, l'équipe a examiné des nanotubes de carbone, feuilles d'atomes de carbone enroulées étroitement dans des tubes de quelques nanomètres de diamètre. Les nanotubes de carbone sont idéaux pour ce type d'investigation interactive car leurs propriétés électroniques et structurelles inégalées sont sensibles aux changements chimiques localisés.

Les utilisateurs venant à la fonderie moléculaire pour rechercher des informations sur les matériaux de récolte de lumière ou tout système dynamique devraient bénéficier de ce système d'imagerie, dit Weber-Bargioni.

Ajoute Jim Schuck, scientifique au sein de l'Installation Imagerie et Manipulation des Nanostructures de la Fonderie, “We’re very excited—this new nano-optics capability enables us to explore previously inaccessible properties within nanosystems. The work reflects a major strength of the Molecular Foundry, where collaboration between scientists with complementary expertise leads to real nanoscience breakthroughs.”