Ognuno reagisce in modo diverso sotto stress, anche gli atomi relativamente ordinati in un cristallo. Se gli scienziati potessero avere un quadro chiaro di come i piani degli atomi si spostano e si schiacciano sotto stress, potrebbero utilizzare tali proprietà per fornire tecnologie emergenti, come la nanoelettronica e i componenti a semiconduttore di nuova generazione, con velocità o funzionalità extra. Però, la creazione di questa immagine richiede nuove tecniche per l'imaging degli atomi nei materiali e il loro comportamento in ambienti diversi.

In un recente studio collaborativo dell'Institut Fresnel, IBM e l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE), gli scienziati hanno sviluppato una nuova forma di imaging che utilizza modelli di diffrazione dei raggi X, chiamato tticografia di Bragg ad angolo singolo.

Sebbene la tticografia di Bragg e in particolare la diffrazione dei raggi X siano in circolazione da un po', La tticografia di Bragg ad angolo singolo consente di ricostruire più facilmente i dati 3D su come la deformazione influisce su un materiale.

Nella diffrazione dei raggi X, gli atomi all'interno di un materiale "disperdono" i raggi X in arrivo, produrre un segnale su un rivelatore. Poiché ci sono così tanti eventi di diffrazione sovrapposti che accadono simultaneamente, può essere difficile identificare il contributo di una particolare piccola regione del reticolo al segnale complessivo. Per compensare questo, gli scienziati usano un metodo chiamato analisi di Fourier, che essenzialmente converte il segnale complessivo in una serie di onde con picchi e valli che corrispondono alle intensità relative delle varie parti del segnale.

Però, solo fare una normale diffrazione dei raggi X racconta solo una parte della storia, ha detto l'autore principale e scienziato dei materiali di Argonne Stephan Hruszkewycz. "Per vedere e capire veramente la tensione nello spazio reale, hai bisogno di informazioni sia sull'intensità che sulla fase, ", ha detto. "Quello di cui avevamo bisogno era un trucco per recuperare le fasi mancanti del modello di diffrazione".

La fase può essere compresa immaginando le onde che lambiscono la riva dopo che qualcuno ha lanciato una manciata di sassi in uno stagno immobile. Misurare l'altezza delle onde a riva e il loro tempo di arrivo potrebbe consentire di "guardare l'onda all'indietro" ricostruendo le posizioni e le dimensioni di tutte le rocce quando colpiscono l'acqua. rilevatori di raggi X, però, misurare solo l'altezza delle onde; fasi, cioè quando l'onda raggiunge la riva, deve essere recuperato con altri mezzi.

Il trucco utilizzato dagli autori viene dalla tticografia, una tecnica in grado di recuperare le informazioni di fase utilizzando il campionamento ridondante dalla stessa regione del cristallo. Spostando solo leggermente il fascio di raggi X, e visualizzando fino al 60 percento dello stesso spazio reale tra le posizioni del raggio, il team è stato in grado di estrarre informazioni sulla fase.

"In sostanza, avendo molte delle stesse informazioni codificate in campioni vicini, vincola le possibili configurazioni del cristallo nello spazio reale, " disse Hruszkewycz.

Il vero progresso, però, non proveniva da informazioni raccolte tramite diffrazione, ma dal posizionamento della trave stessa. Poiché i ricercatori sapevano esattamente dove era posizionato il raggio e l'angolo con cui i piani atomici del cristallo avrebbero diffuso i raggi X, sono stati in grado di estrarre ulteriori informazioni su come la deformazione ha influenzato il materiale in tre dimensioni.

"La maggior parte delle tecniche di diffrazione, tra cui alcune tticografiche, in realtà danno solo una rappresentazione 2D del campione di interesse, " Ha detto Hruszkewycz. "Questa tecnica rende anche meno requisiti in termini di tecnologia dello strumento rispetto a tecniche comparabili per la generazione di informazioni 3D sui materiali".

Un articolo basato sullo studio, "Microscopia strutturale tridimensionale ad alta risoluzione mediante pticografia di Bragg ad angolo singolo, " apparso a novembre nell'edizione online di Materiali della natura .