Les rayons X hautement cohérents provenant de sources synchrotron peuvent être utilisés pour imager des nanomatériaux en 3D à des dizaines de nanomètres de résolution spatiale. Cette image montre des modèles de rayons X durs monochromatiques d'une particule d'or monocristalline, qui produit une image de frange semblable à des taches. L'inversion de telles "images de diffraction" dans certaines conditions peut entraîner une distribution à haute résolution de la densité électronique (amplitude) et de la déformation de la structure en réseau (déphasage). Crédit :Wenge Yang
Une équipe de chercheurs a réalisé une percée majeure dans la mesure de la structure des nanomatériaux sous des pressions extrêmement élevées. Pour la première fois, ils ont développé un moyen de contourner les distorsions sévères des faisceaux de rayons X à haute énergie qui sont utilisés pour imager la structure d'un nanocristal d'or. La technique, décrit le 9 avril 2013, problème de Communication Nature , pourrait conduire à l'avancement de nouveaux nanomatériaux créés sous haute pression et à une meilleure compréhension de ce qui se passe à l'intérieur des planètes.
Auteur principal de l'étude, Wenge Yang du High Pressure Synergetic Consortium de la Carnegie Institution a expliqué :« La seule façon de voir ce qui arrive à de tels échantillons lorsqu'ils sont sous pression est d'utiliser des rayons X à haute énergie produits par des sources synchrotron. Les synchrotrons peuvent fournir des rayons X hautement cohérents pour les Imagerie 3D avec une résolution de quelques dizaines de nanomètres. Ceci est différent de l'imagerie aux rayons X incohérente utilisée pour les examens médicaux qui a une résolution spatiale de l'ordre du micron. Les pressions élevées modifient fondamentalement de nombreuses propriétés du matériau. "
L'équipe a découvert qu'en faisant la moyenne des motifs des ondes courbées (les motifs de diffraction) du même cristal en utilisant différents alignements d'échantillons dans l'instrumentation, et en utilisant un algorithme développé par des chercheurs du London Centre for Nanotechnology, ils peuvent compenser la distorsion et améliorer la résolution spatiale de deux ordres de grandeur.
"Le problème de distorsion des ondes est analogue à la prescription de lunettes pour la cellule à enclume de diamant pour corriger la vision du système d'imagerie à rayons X cohérent, " a fait remarquer Ian Robinson, chef de l'équipe de Londres.
Les chercheurs ont soumis un monocristal d'or de 400 nanomètres (0,000015 pouce) à des pressions d'environ 8, 000 fois la pression au niveau de la mer à 64, 000 fois cette pression, qui concerne la pression dans le manteau supérieur de la Terre, la couche entre le noyau externe et la croûte.
L'équipe a mené l'expérience d'imagerie à la source avancée de photons, Laboratoire National d'Argonne. Ils comprirent le nanocristal d'or et trouvèrent d'abord, comme prévu, que les bords du cristal deviennent tranchants et tendus. Mais à leur grande surprise, les contraintes ont disparu lors d'une nouvelle compression. Le cristal a développé une forme plus arrondie à la pression la plus élevée, impliquant un écoulement de type plastique inhabituel.
"Les particules de nanogold sont des matériaux très utiles, " a fait remarquer Yang. " Elles sont environ 60 % plus rigides que d'autres particules de la taille d'un micron et pourraient s'avérer essentielles pour la construction d'électrodes moléculaires améliorées, revêtements nanométriques, et d'autres matériaux d'ingénierie de pointe. La nouvelle technique sera essentielle pour les progrès dans ces domaines. »
"Maintenant que le problème de distorsion est résolu, tout le domaine des structures nanocristallines sous pression est accessible, " a déclaré Robinson. " Le mystère scientifique expliquant pourquoi les nanocristaux sous pression sont jusqu'à 60 % plus résistants que les matériaux en vrac pourrait bientôt être élucidé. "
