(PhysOrg.com) -- Le scientifique qui a développé le spectromètre le plus sensible au monde pour identifier les atomes à la surface d'un matériau est récemment venu à Lehigh pour donner une conférence dans le seul laboratoire américain équipé de son instrument de pointe.

Hidde Brongersma, professeur à l'Imperial College de Londres, Angleterre, a prononcé le discours d'ouverture au Symposium d'analyse de surface de l'Université Lehigh.

L'événement, tenue au Whitaker Laboratory, a attiré 150 scientifiques de l'industrie et du monde universitaire.

Brongersma, qui était auparavant associé à l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas, est l'inventeur du spectromètre à diffusion d'ions haute sensibilité et basse énergie ION-TOF Qtac100 (HS-LEIS). La diffusion d'ions à basse énergie est la seule technique capable d'identifier les atomes présents sur la couche la plus externe d'une surface solide (résolution en profondeur d'environ 0,3 nanomètre ; 1 nm équivaut à un milliardième de mètre).

« Que vous essayiez de développer un nouveau catalyseur, fabriquer un transistor plus petit, ou améliorer les propriétés adhésives d'une surface polymère, " dit Brongersma, « Il est extrêmement important de pouvoir contrôler les propriétés de surface au niveau atomique.

« Pour ce faire, vous devez être capable d'analyser la composition de la surface avec la même précision.

Une paire puissante

Pour analyser la surface d'un échantillon, il faut non seulement identifier les atomes présents mais aussi déterminer leur nature chimique, comme l'état d'oxydation.

Lehigh a également la chance de disposer de l'un des spectromètres photoélectroniques à rayons X haute résolution les plus puissants (HR-XPS) capable de déterminer la nature chimique des atomes dans la région de surface. Le Scienta ESCA 300 de l'université, l'un des 11 au monde, est le seul du genre aux États-Unis.

« Bien que XPS ne soit pas aussi sensible à la surface que HS-LEIS, il peut fournir des informations chimiques très utiles sur les 10 à 20 premières couches atomiques d'un matériau, " a déclaré Israel E. Wachs, le professeur G. Whitney Snyder de génie chimique.

« La possibilité de combiner les données de ces deux techniques permet à Lehigh et aux chercheurs invités d'acquérir une nouvelle perspective sur les surfaces de nombreux matériaux technologiquement importants d'aujourd'hui.

« Les informations fondamentales et sans précédent fournies par ces techniques de surface commencent déjà à modifier notre compréhension des surfaces des matériaux technologiquement importants tout en établissant des relations structure-performance de base qui aident à concevoir des matériaux avancés. »

Une boule blanche d'ions de gaz noble

Les principes physiques de la technique HS-LEIS sont similaires à ceux d'un jeu de billard, mais au lieu d'une bille blanche, ions de gaz rares, comme l'hélium ou le néon, sont tirés à la surface d'un échantillon.

L'ion gazeux interagit avec un atome de surface de la même manière qu'une bille blanche frappe une autre bille de billard. Il peut rebondir directement sur l'échantillon ou être dévié en biais, et une fraction de sa quantité de mouvement (ou énergie) est transférée à l'atome de surface.

La quantité d'énergie perdue est directement liée au poids atomique de l'atome de surface. L'énergie des ions de gaz noble rebondissant est mesurée dans le spectromètre, qui peut ensuite être rapporté pour déterminer sans équivoque l'identité de l'atome à partir duquel il a été dispersé.

La conception unique de l'analyseur d'énergie toroïdal Qtac100 de l'instrument, qui comprend un détecteur sensible à la position et un filtre de masse à temps de vol, propose un 3, Amélioration de la sensibilité de 000 fois par rapport à ses prédécesseurs et permet également une cartographie de surface bidimensionnelle.

D'autres présentations de l'atelier ont été faites par Wachs, qui dirige le Laboratoire de recherche sur la spectroscopie moléculaire et la catalyse Operando de Lehigh ; Alfred Miller, un chercheur scientifique qui gère le laboratoire Scienta XPS; et Andriy Kovalskiy, un associé de recherche affilié au Lehigh’s International Materials Institute for New Functionality in Glass, qui est soutenu par la National Science Foundation.