Nye muligheder hos NSLS-II skal fremme materialevidenskaben

Ved at kanalisere intensiteten af ​​røntgenstråler, synkrotron lyskilder kan afsløre atomstrukturer i utallige materialer. Forskere fra hele verden kommer til National Synchrotron Light Source II (NSLS-II)-et US Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility på DOE's Brookhaven National Laboratory-for at studere alt fra proteiner til brændselsceller. NSLS-IIs ultra-lyse røntgenstråler og pakke med state-of-the-art karakteriseringsværktøjer gør anlægget til en af ​​de mest avancerede synkrotron lyskilder i verden. Nu, NSLS-II har forbedret disse muligheder endnu mere.

Forskere ved NSLS-II's Hard X-ray Nanoprobe (HXN) beamline, en eksperimentel station designet til at tilbyde verdens førende opløsning til røntgenbillede, har vist strålelinjens evne til at observere materialer ned til 10 nanometer-cirka en ti tusindedel af diameteren af ​​et menneskehår. Denne usædvanligt høje rumlige opløsning gør det muligt for forskere at "se" enkeltmolekyler. I øvrigt, HXN kan nu kombinere sin høje rumlige opløsning med multimodal scanning - muligheden for samtidig at tage flere billeder af forskellige materialegenskaber. Præstationen er beskrevet i udgaven af ​​Nano Futures den 19. marts.

"Det tog mange års hårdt arbejde og samarbejde at udvikle en røntgenmikroskopi stråle med så høj en rumlig opløsning, "sagde Hanfei Yan, hovedforfatter af papiret og en videnskabsmand ved HXN. "For at realisere dette ambitiøse mål, vi havde brug for at løse mange tekniske udfordringer, såsom at reducere miljøvibrationer, udvikle effektive karakteriseringsmetoder, og perfektionerer optikken. "

En nøglekomponent for dette projekts succes var at udvikle en speciel fokusoptik kaldet en flerlags Laue-linse (MLL)-en endimensionel kunstig krystal, der er konstrueret til at bøje røntgenstråler mod et enkelt punkt.

"Præcis udvikling af MLL -optikken til at opfylde kravene til reelle videnskabelige applikationer tog næsten 10 år, "sagde Nathalie Bouet, der leder laboratoriet på NSLS-II, hvor MLL'erne blev fremstillet. "Nu, Vi er stolte over at kunne levere disse objektiver til brugervidenskab. "

Kombination af multimodal og høj opløsning billeddannelse er unik, og gør NSLS-II til den første facilitet, der tilbyder denne kapacitet inden for hård røntgenenergi til gæstende forskere. Præstationen vil præsentere en bred vifte af applikationer. I deres seneste papir, forskere ved NSLS-II arbejdede sammen med University of Connecticut og Clemson University for at studere en keramisk-baseret membran til energiomdannelsesapplikation. Ved hjælp af de nye muligheder på HXN, gruppen var i stand til at forestille sig en fremvoksende materialefase, der dikterer membranens ydeevne.

"Vi samarbejder også med forskere fra industri til akademi for at undersøge belastninger inden for nanoelektronik, lokale defekter i selvmonterede 3D-supergitter, og variationerne i den kemiske sammensætning af nanokatalysatorer, "Yan sagde." Præstationen åbner spændende muligheder inden for mange videnskabelige områder. "

Når de nye muligheder tages i brug, der er en løbende indsats hos HXN for at fortsætte med at forbedre beamlines rumlige opløsning og tilføje nye muligheder.

"Vores ultimative mål er at opnå encifret opløsning i 3-D til billeddannelse af det elementære, kemisk, og strukturel sammensætning af materialer i realtid, "Sagde Yan.