Un microscope en cours de développement au laboratoire national d'Oak Ridge du ministère de l'Énergie permettra aux scientifiques qui étudient les matériaux biologiques et synthétiques d'observer simultanément les propriétés chimiques et physiques sur et sous la surface.

Le microscope à force atomique à synthèse de mode photonique hybride est unique, selon le chercheur principal Ali Passian du groupe Quantum Information System de l'ORNL. En tant qu'hybride, L'instrument, décrit dans un article publié dans Nature Nanotechnologie , combine les disciplines de la nanospectroscopie et de la microscopie nanomécanique.

"Notre microscope offre une méthode rapide et non invasive pour explorer les matériaux simultanément pour leurs propriétés chimiques et physiques, " a déclaré Passian. " Il permet aux chercheurs d'étudier la surface et le sous-sol d'échantillons synthétiques et biologiques, qui est une capacité qui jusqu'à présent n'existait pas."

L'instrument de l'ORNL conserve tous les avantages d'un microscope à force atomique tout en offrant simultanément un potentiel de découvertes grâce à sa haute résolution et ses capacités spectroscopiques souterraines.

"L'originalité de l'instrument et de la technique réside dans sa capacité à fournir des informations sur la composition chimique d'un matériau dans le large spectre infrarouge de la composition chimique tout en montrant la morphologie de l'intérieur et de l'extérieur d'un matériau avec une résolution nanométrique - un milliardième de mètre -, " dit Passian.

Les chercheurs pourront étudier des échantillons allant des nanoparticules et nanostructures artificielles aux polymères biologiques naturels, tissus et cellules végétales.

La première application dans le cadre du BioEnergy Science Center du DOE concernait l'examen des parois cellulaires végétales sous plusieurs traitements pour fournir une caractérisation submicronique. La paroi cellulaire végétale est une nanostructure en couches de biopolymères tels que la cellulose. Les scientifiques veulent convertir ces biopolymères pour libérer les sucres utiles et libérer de l'énergie.

Un instrument antérieur, inventé aussi à l'ORNL, fourni une imagerie des structures de la paroi cellulaire du peuplier qui a fourni des informations topologiques sans précédent, faire avancer la recherche fondamentale sur les biocarburants durables.

En raison des capacités impressionnantes de ce nouvel instrument, l'équipe de chercheurs envisage de larges applications.

« Il existe un besoin urgent de nouvelles plateformes capables de relever les défis de la caractérisation du sous-sol et chimique à l'échelle nanométrique, " a déclaré la co-auteur Rubye Farahi. " Les approches hybrides telles que la nôtre réunissent de multiples capacités, dans ce cas, spectroscopie et microscopie haute résolution."

En regardant à l'intérieur, le microscope hybride est constitué d'un module photonique intégré dans un microscope à force atomique à synthèse de mode. L'aspect modulaire du système permet d'accueillir diverses sources de rayonnement telles que des lasers accordables et des sources monochromatiques ou polychromatiques non cohérentes.