En utilisant une combinaison de rayons X de grande puissance, d'algorithmes de récupération de phase et d'apprentissage automatique, les chercheurs de Cornell ont révélé les nanotextures complexes des matériaux en couches minces, offrant ainsi aux scientifiques une nouvelle approche rationalisée pour analyser les candidats potentiels à l'informatique quantique et à la microélectronique, entre autres. candidatures.
Les scientifiques s’intéressent particulièrement aux nanotextures qui sont réparties de manière non uniforme dans un film mince, car elles peuvent conférer au matériau de nouvelles propriétés. Le moyen le plus efficace d'étudier les nanotextures est de les visualiser directement, un défi qui nécessite généralement une microscopie électronique complexe et ne préserve pas l'échantillon.
La nouvelle technique d'imagerie détaillée le 6 juillet dans les Actes de l'Académie nationale des sciences surmonte ces défis en utilisant la récupération de phase et l'apprentissage automatique pour inverser les données de diffraction des rayons X collectées de manière conventionnelle, telles que celles produites à la source synchrotron à haute énergie de Cornell, où les données de l'étude ont été collectées, en visualisation dans l'espace réel du matériau à à l'échelle nanométrique.
L'utilisation de la diffraction des rayons X rend la technique plus accessible aux scientifiques et permet d'imager une plus grande partie de l'échantillon, a déclaré Andrej Singer, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux et chercheur David Croll Sesquicentennial à Cornell Engineering, qui a dirigé la recherche. avec le doctorant Ziming Shao.
"Il est important d'imaginer une grande zone car elle représente le véritable état du matériau", a déclaré Singer. "La nanotexture mesurée par une sonde locale pourrait dépendre du choix du spot sondé."
Un autre avantage de la nouvelle méthode est qu'elle ne nécessite pas de fragmentation de l'échantillon, ce qui permet l'étude dynamique de films minces, par exemple en introduisant de la lumière pour voir comment les structures évoluent.
"Cette méthode peut être facilement appliquée à l'étude de la dynamique in situ ou operando", a déclaré Shao. "Par exemple, nous prévoyons d'utiliser cette méthode pour étudier comment la structure change quelques picosecondes après une excitation avec de courtes impulsions laser, ce qui pourrait permettre de nouveaux concepts pour les futures technologies térahertz."
La technique a été testée sur deux films minces, dont le premier présentait une nanotexture connue utilisée pour valider les résultats d'imagerie. En testant un deuxième film mince (un isolant Mott dont la physique est associée à la supraconductivité), les chercheurs ont découvert un nouveau type de morphologie qui n'avait jamais été observé dans le matériau auparavant :un nanomodèle induit par une contrainte qui se forme spontanément lors du refroidissement à des températures cryogéniques. P>
"Les images sont extraites sans connaissance préalable", a déclaré Shao, "établissant potentiellement de nouvelles références et éclairant de nouvelles hypothèses physiques dans la modélisation du champ de phase, les simulations de dynamique moléculaire et les calculs de mécanique quantique."
Plus d'informations : Ziming Shao et al, Imagerie en espace réel de nanotextures périodiques dans des films minces via le phasage des données de diffraction, Actes de l'Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2303312120
Informations sur le journal : Actes de l'Académie nationale des sciences
Fourni par l'Université Cornell
