(PhysOrg.com) -- Un pixel vale più di mille parole? Non esattamente come dice il proverbio, ma in questo caso, è vero:gli scienziati della Molecular Foundry di Berkeley Lab hanno aperto la strada a un nuovo metodo di mappatura chimica che fornisce informazioni senza precedenti sui materiali su scala nanometrica. Andando oltre le tradizionali tecniche di imaging statico, che forniscono un'istantanea nel tempo, queste nuove mappe guideranno i ricercatori nella decifrazione della chimica molecolare e delle interazioni su scala nanometrica, fondamentali per la fotosintesi artificiale, produzione di biocarburanti e applicazioni per la raccolta della luce come le celle solari.

“Questa nuova tecnica ci consente di acquisire immagini ad altissima risoluzione di nanomateriali con un'enorme quantità di informazioni fisiche e chimiche in ogni pixel, ” dice Alexander Weber-Bargioni, uno studioso post-dottorato in Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility presso la Fonderia. “Di solito quando scatti un'immagine, ottieni solo un'immagine di come appare questo materiale, ma niente di più. Con il nostro metodo, ora possiamo ottenere informazioni sulla funzionalità di una nanostruttura con ricchi dettagli”.

La Molecular Foundry è un centro di nanoscienze dell'Office of Science del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (DOE) e una struttura nazionale per gli utenti. Con lo strumento a fascio ionico focalizzato all'avanguardia della fonderia a loro disposizione, Weber-Bargioni e il suo team hanno progettato e fabbricato un'antenna coassiale in grado di focalizzare la luce su scala nanometrica, – un imbrigliamento di luce simile a brandire un coltello affilato in un temporale, dice Weber-Bargioni.

Composto da oro avvolto attorno a una punta di microscopio a forza atomica in nitruro di silicio, questa antenna coassiale funge da sonda ottica per strutture con risoluzione nanometrica per diverse ore alla volta. Cosa c'è di più, a differenza di altre punte della sonda di scansione, fornisce un miglioramento sufficiente, o intensità luminosa, per riportare l'impronta chimica ad ogni pixel durante la raccolta di un'immagine (tipicamente 256 x 256 pixel). Questi dati vengono quindi utilizzati per generare più "mappe, "ognuno con una grande quantità di informazioni chimiche in ogni pixel, con una risoluzione di appena venti nanometri. Le mappe forniscono informazioni fondamentali per l'esame dei nanomateriali, in cui la chimica della superficie locale e le interfacce dominano il comportamento.

“La fabbricazione di sonde riproducibili per microscopia ottica in campo vicino è sempre stata una sfida, "dice Frank Ogletree, Direttore della struttura ad interim della struttura di imaging e manipolazione di nanostrutture presso la fonderia. "Ora disponiamo di un metodo ad alto rendimento per realizzare sonde plasmoniche ingegnerizzate per la spettroscopia su una varietà di superfici".

Per testare la capacità della loro nuova sonda, il team ha esaminato i nanotubi di carbonio, fogli di atomi di carbonio arrotolati strettamente in tubi di pochi nanometri di diametro. I nanotubi di carbonio sono ideali per questo tipo di indagine interattiva poiché le loro proprietà elettroniche e strutturali senza pari sono sensibili ai cambiamenti chimici localizzati.

Gli utenti che vengono alla fonderia molecolare per cercare informazioni sui materiali per la raccolta della luce o su qualsiasi sistema dinamico dovrebbero beneficiare di questo sistema di imaging, dice Weber-Bargioni.

Aggiunge Jim Schuck, staff scientist in the Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility at the Foundry, “We’re very excited—this new nano-optics capability enables us to explore previously inaccessible properties within nanosystems. The work reflects a major strength of the Molecular Foundry, where collaboration between scientists with complementary expertise leads to real nanoscience breakthroughs.”