Tre slags information fra en enkelt røntgenmåling

Uanset størrelsen af ​​mobiltelefoner eller computere, den måde, hvorpå sådanne elektroniske enheder fungerer, afhænger af interaktionerne mellem materialer. Af denne grund, ingeniører såvel som forskere skal vide nøjagtigt, hvordan specifikke kemiske elementer inde i en computerchip eller en transistordiode opfører sig, og hvad sker der, når disse elementer bindes. Fysikere fra Friedrich Schiller University Jena, Tyskland, har nu udviklet en innovativ metode, der gør det muligt for dem at få flere forskellige typer information samtidigt fra det indre af en nanoskala byggesten - og dette mens det er i aktiv tilstand. Forskerne fra Jena og deres partnere har rapporteret deres resultater i det aktuelle nummer af specialetidsskriftet Videnskab fremskridt .

"Ved at bruge vores metode, vi kan på samme tid få information om elementernes sammensætning - fraktionen mellem elementerne; om deres oxidationsgrad, hvilket betyder deres valensstilstand eller obligationens art; og endelig, om interne elektriske felter, der således er skabt, "forklarer prof. dr. Carsten Ronning fra University of Jena." Disse er alle elementære indikatorer for komponentens funktion, "tilføjer Ronning, der leder projektet. Imidlertid, i proceduren udviklet af fysikerne, de undersøgte komponenter behøver ikke at være omhyggeligt forberedt eller muligvis endda ødelagt. "I princippet, vi kan røntgenstråle dioderne på en mobiltelefon, mens den er tændt, uden at skade det, «siger Ronning.

Røntgenstråle fra partikelacceleratoren

Et afgørende træk ved forskningstilgangen er en meget fint fokuseret røntgenstråle, hvormed Jena-fysikerne i første omgang røntgenfotograferede et apparat, der var specielt lavet til deres eksperimenter. "Vi introducerede arsen- og galliumatomer i en siliciumtråd, der var omkring 200 nanometer tyk. Ved opvarmning, disse atomer agglomererer på et tidspunkt, det vil sige, de masserer sammen, som producerer en funktionel komponent, "forklarer prof. Ronning." Vi kørte derefter en 50-nanometer bred røntgenstråle langs ledningen, dermed bestråler det lidt efter lidt. "

Forskerne fastslog, at denne arrangementblanding af materialer, ligner en solcelle, konverterede røntgenstrålerne til elektrisk strøm, som kun flød i en retning, som i en diode. På denne måde, forskerne gjorde de væsentlige interne elektriske felter synlige. Ud over, komponenten udsendte lys. "Røntgenstrålene ophidser atomerne i byggesten, som udsender en karakteristisk stråling, "forklarer dr. Andreas Johannes, der gennemførte eksperimenterne. "På denne måde, vi opnår et spektrum, som giver os værdifuld information om de enkelte grundstoffer til stede og deres relative forhold." Hvis røntgenstrålernes energi ændres, Der produceres såkaldte røntgenabsorptionsspektre, der sætter forskere i stand til at komme med påstande om elementernes oxidationskvalitet-og i forlængelse heraf, om selve obligationerne.

"Nu, det er muligt at få alle disse typer oplysninger gennem en måling ved hjælp af vores metode, "siger Andreas Johannes. Selvom sammenlignelige resultater er mulige ved hjælp af elektronmikroskopi, i disse tilfælde, enhederne skal være specielt forberedt og muligvis ødelagt, da indtrængningsdybden af ​​elektronstrålen er væsentligt mere begrænset. I øvrigt, sådanne målinger kan kun finde sted i et vakuum, hvorimod røntgenmetoden er praktisk talt uafhængig af ethvert specifikt miljø.

Indtil nu, sådanne smalle røntgenstråler kunne kun genereres af partikelacceleratorer, derfor har fysikerne på Jena University arbejdet tæt sammen med European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble, Frankrig, at udvikle den nye målemetode. Disse faciliteter er tilgængelige for både videnskabelige forskere og industrien for at røntgenbestille eksisterende komponenter med større præcision, og frem for alt, at afprøve nye kombinationer af materialer for at skabe komponenter, der fungerer bedre. "For eksempel, vores metode kan være af værdi i udviklingen af ​​nye batterier, "siger Andreas Johannes." Fordi forskere også gerne vil undersøge disse, især under brug og fuldt operationel, for eksempel for at bestemme elementernes oxidationskvaliteter. "