Ny sonde til hemmelighederne ved komplekse grænseflader

I genopladelige batterier, ultratynde materialeplader er afgørende. Reaktioner forekommer ved grænsefladerne af disse ark. Forskere ønsker at spore disse reaktioner. De har brug for en måde at undersøge begravede grænseflader med elementær specificitet. I princippet, bløde røntgenspektroskopiteknikker kunne være et kraftfuldt værktøj til at sondere sådanne komplekse grænseflader. Imidlertid, disse teknikker har ikke været tilgængelige på grund af begrænsninger i optik og laserkilder. For første gang, et internationalt team udtænkte en blød røntgenteknik for anden harmonisk generering og brugte den til at karakterisere individuelle lag af grafen inde i en grafitprøve, lover at åbne nye perspektiver ind i naturen af ​​komplekse grænseflader.

At vide, hvordan reaktioner opstår ved nedgravede grænseflader, er afgørende for energilagring, vandrensning, og andre anvendelser. Den nye teknik tilbyder en måde at sondere specifikke elementer ved nedgravede grænseflader. Resultaterne fra teknikken kunne bl. en dag, lad videnskabsmænd bruge bløde røntgenstråler til at spore grænsefladeprocesser, der forekommer på en kvadrilliontedel af et sekund.

At forstå den detaljerede karakter af komplekse grænseflader er blevet en søgen af ​​dyb betydning, da det ligger til grund for tvingende nødvendige fremskridt i mange applikationer, herunder vandrensning, afsaltning, og genvindingsteknologier, og er afgørende for centrale processer i elektrokemi, atmosfærisk kemi, biokemi, og energiomsætning. Forskere udviklede en ny teknik til at undersøge grænseflader med både overflade- og elementspecifik selektivitet, demonstreret for de enkelte grafenlag inden for bulkgrafit. Når bløde røntgenimpulser fra en fri elektronlaser kommer ind i materialet, de exciterer indre orbitale elektroner i carbonatomerne. For carbonatomer, der udgør en grafitgrænseflade, disse excitationer kan producere en foton (en pakke af lys) med dobbelt energi af de indkommende fotoner. Forskere kan bruge observationer af denne anden harmoniske generation til at belyse vigtige grænsefladeegenskaber, samt kemiske reaktioner, der forekommer på disse grænseflader.