(Phys.org) — Obtenir l'empreinte au niveau atomique d'un matériau prend bien plus qu'un simple coup d'encre.

En associant les capacités de l'analyse aux rayons X et de la microscopie extrêmement précise, des scientifiques du laboratoire national d'Argonne du département américain de l'Énergie ont mis au point un moyen de déterminer simultanément la structure physique et la composition chimique des matériaux à un niveau proche du niveau atomique. La recherche ouvre de nouvelles voies vers la prochaine génération de matériaux pour un large éventail d'applications liées à l'énergie.

Depuis son invention lauréate du prix Nobel dans les années 1980, La microscopie à effet tunnel (STM) a permis aux chercheurs de visualiser une vaste gamme de matériaux différents au niveau atomique. STM offre un degré de résolution spatiale plus fin que pratiquement toute autre technique d'imagerie, bien qu'il présente un inconvénient important, a déclaré Volker Rose, nanoscientifique d'Argonne.

"La STM a été une percée incroyable lorsqu'elle a été découverte, mais le problème avec cela est que même si nous pouvons fondamentalement voir où sont tous les atomes, il ne fournit pas d'informations directes sur la chimie ou les propriétés magnétiques, " dit Rose.

Surmonter cette "cécité chimique" tout en gardant la capacité d'étudier des matériaux à si petite échelle s'est avéré un défi pour la communauté scientifique, mais en combinant les ressources offertes par Advanced Photon Source d'Argonne, Centre des matériaux à l'échelle nanométrique et Centre de microscopie électronique, l'une des études récentes de Rose ouvre la voie.

Dans l'étude récemment publiée, Rose et son équipe rendent compte d'une nouvelle technique, appelé "microscopie à effet tunnel à rayons X synchrotron, " qui unit STM aux rayons X synchrotron fournis par la source avancée de photons. L'équipe a utilisé un petit échantillon de cuivre pour déterminer les limites et les opportunités de la technique. le synchrotron ne peut pas atteindre la résolution spatiale qu'offre la STM, mais ensemble, ils fournissent la qualité et le type de données que les chercheurs recherchaient.

"On peut penser à nos capacités scientifiques comme similaires aux capacités d'un athlète qui est bon dans plusieurs sports, " Rose a dit. " Un joueur de baseball pourrait ne pas être formidable au football, ou vice versa, car les exigences de chacun sont différentes. Mais avoir une personne—ou dans notre cas, une technique expérimentale qui combine la puissance de plusieurs approches aura un impact durable et accélérera, espérons-le, le développement d'un certain nombre de nouvelles technologies.

"Actuellement, chaque outil est utilisé par une communauté scientifique différente, mais c'est un excellent exemple de cas où une expertise combinée peut vraiment accélérer la découverte, " il ajouta.

Parce que la microscopie à effet tunnel à rayons X synchrotron pourrait être utilisée pour étudier une vaste gamme de matériaux différents, Rose pense que la technique aidera les scientifiques et les ingénieurs à développer de nouvelles générations de catalyseurs, systèmes magnétiques nanométriques et cellules solaires. « Avec la catalyse, avoir ce degré de résolution nous montrera où se trouvent les sites actifs sur les catalyseurs individuels, et nous pouvons voir exactement comment la réaction se produit, " dit-il. " Avec des cellules solaires, nous pouvons obtenir une bien meilleure vue des impuretés de surface qui réduisent actuellement leur efficacité. »

Rose prévoit que la nouvelle technique pourra finalement étudier l'électronique, propriétés chimiques et magnétiques des atomes individuels.

Un article basé sur l'étude, "Microscopie à effet tunnel à rayons X synchrotron :empreintes digitales des transitions de champ proche à lointain sur Cu (111) induites par le rayonnement synchrotron, " apparaît dans le numéro du 28 mai de Matériaux fonctionnels avancés .