Gennembrud inden for nanoteknologisk billeddannelse under ekstremt høje pres

Et team af forskere har fået et stort gennembrud med at måle strukturen af ​​nanomaterialer under ekstremt høje tryk. For første gang, de udviklede en måde at komme uden om de alvorlige forvrængninger af højenergi røntgenstråler, der bruges til at afbilde strukturen af ​​en guld nanokrystal. Teknikken, beskrevet i 9. april, 2013, spørgsmål af Naturkommunikation , kunne føre til fremskridt af nye nanomaterialer skabt under højt tryk og en større forståelse af, hvad der sker i planetariske interiører.

Hovedforfatter til undersøgelsen, Wenge Yang fra Carnegie Institution's High Pressure Synergetic Consortium forklarede:"Den eneste måde at se, hvad der sker med sådanne prøver, når de er under tryk, er ved at bruge højenergi røntgenstråler produceret af synkrotronkilder. Synkrotroner kan give meget kohærente røntgenstråler til avancerede 3D-billeddannelse med snesevis af nanometers opløsning. Dette er forskelligt fra usammenhængende røntgenbilleder, der bruges til lægeundersøgelser, der har mikron rumlig opløsning. De høje tryk ændrer fundamentalt mange egenskaber ved materialet."

Holdet fandt ud af, at ved at tage et gennemsnit af mønstrene af de bøjede bølger - diffraktionsmønstrene - af den samme krystal ved hjælp af forskellige prøvejusteringer i instrumenteringen, og ved at bruge en algoritme udviklet af forskere ved London Centre for Nanotechnology, de kan kompensere for forvrængningen og forbedre den rumlige opløsning med to størrelsesordener.

"Bølgeforvrængningsproblemet er analogt med at ordinere briller til diamantamboltcellen for at korrigere synet af det sammenhængende røntgenbilleddannelsessystem, "bemærkede Ian Robinson, leder af London-holdet.

Forskerne udsatte en enkelt krystal af guld på 400 nanometer (.000015 tommer) for tryk fra omkring 8, 000 gange trykket ved havoverfladen til 64, 000 gange det tryk, som handler om trykket i Jordens øvre kappe, laget mellem den ydre kerne og skorpen.

Teamet gennemførte billeddannelseseksperimentet ved Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory. De komprimerede guld -nanokrystallet og fandt først, som forventet, at kanterne på krystallen bliver skarpe og anstrengte. Men til deres fuldstændige overraskelse, stammerne forsvandt ved yderligere kompression. Krystallen udviklede en mere afrundet form ved det højeste tryk, indebærer en usædvanlig plastik-lignende strømning.

"Nanogold partikler er meget nyttige materialer, " bemærkede Yang. "De er omkring 60 % stivere sammenlignet med andre mikronstore partikler og kan vise sig at være afgørende for at konstruere forbedrede molekylære elektroder, nanoskala belægninger, og andre avancerede ingeniørmaterialer. Den nye teknik vil være afgørende for fremskridt på disse områder."

"Nu hvor forvrængningsproblemet er løst, hele feltet af nanokrystalstrukturer under pres kan tilgås, " sagde Robinson. "Det videnskabelige mysterium om, hvorfor nanokrystaller under tryk på en eller anden måde er op til 60 % stærkere end bulkmateriale, kan snart blive optrevlet."