(PhysOrg.com) - Lo scienziato che ha sviluppato lo spettrometro più sensibile al mondo per identificare gli atomi sulla superficie di un materiale è venuto a Lehigh di recente per tenere un discorso nell'unico laboratorio americano dotato del suo strumento all'avanguardia.

Hidde Brongersma, professore all'Imperial College di Londra, Inghilterra, ha tenuto il discorso di apertura al simposio sull'analisi delle superfici della Lehigh University.

L'evento, tenuto nel Laboratorio Whitaker, ha attirato 150 scienziati dell'industria e del mondo accademico.

Brongersma, che era precedentemente associato alla Eindhoven University of Technology nei Paesi Bassi, è l'inventore dello spettrometro a dispersione ionica ad alta sensibilità e bassa energia ION-TOF Qtac100 (HS-LEIS). Lo scattering ionico a bassa energia è l'unica tecnica in grado di identificare gli atomi presenti sullo strato più esterno di una superficie solida (risoluzione di profondità di ~0,3 nanometri; 1 nm equivale a un miliardesimo di metro).

“Se stai cercando di sviluppare un nuovo catalizzatore, fabbricare un transistor più piccolo, o migliorare le proprietà adesive di una superficie polimerica, "ha detto Brongersma, “è estremamente importante essere in grado di controllare le proprietà della superficie a livello atomico.

“Per fare questo, devi essere in grado di analizzare la composizione della superficie con la stessa precisione.”

Una coppia potente

Per analizzare la superficie di un campione, non bisogna solo identificare gli atomi presenti ma anche determinarne la natura chimica, come lo stato di ossidazione.

Lehigh ha anche la fortuna di avere uno dei più potenti spettrometri fotoelettronici a raggi X ad alta risoluzione (HR-XPS) in grado di determinare la natura chimica degli atomi nella regione superficiale. Scienta ESCA 300 dell'università, uno degli 11 al mondo, è l'unico del suo genere negli Stati Uniti

“Anche se XPS non è sensibile alla superficie come HS-LEIS, può fornire informazioni chimiche molto utili dai primi 10-20 strati atomici di un materiale, ” ha detto Israel E. Wachs, il professore di ingegneria chimica G. Whitney Snyder.

“Essere in grado di combinare i dati di entrambe queste tecniche consente a Lehigh e ai ricercatori in visita di acquisire una nuova prospettiva sulle superfici di molti dei materiali tecnologicamente importanti di oggi.

"Le intuizioni senza precedenti e fondamentali fornite da queste tecniche di superficie stanno già iniziando a cambiare la nostra comprensione delle superfici di materiali tecnologicamente importanti, stabilendo al contempo relazioni struttura-prestazioni di base che aiutano nella progettazione di materiali avanzati".

Un pallino di ioni di gas nobile

I principi fisici alla base della tecnica HS-LEIS sono simili a quelli di un gioco di biliardo, ma invece di un pallino, ioni di gas nobile, come elio o neon, vengono sparati sulla superficie di un campione.

Lo ione gas interagisce con un atomo di superficie in modo simile al modo in cui un pallino colpisce un'altra pallina da biliardo. Può rimbalzare direttamente all'indietro dal campione o essere deviato ad angolo, e una frazione del suo momento (o energia) viene trasferita all'atomo di superficie.

La quantità di energia persa è direttamente correlata al peso atomico dell'atomo di superficie. L'energia degli ioni di gas nobile di rimbalzo viene misurata nello spettrometro, che può poi essere ricollegato per determinare inequivocabilmente l'identità dell'atomo da cui è stato disperso.

Il design unico dell'analizzatore di energia toroidale Qtac100 dello strumento, che include un rilevatore sensibile alla posizione e un filtro di massa a tempo di volo, offre un 3, Miglioramento di 1000 volte della sensibilità rispetto ai suoi predecessori e consente anche la mappatura della superficie bidimensionale.

Altre presentazioni nel workshop sono state tenute da Wachs, che dirige l'Operando Molecular Spectroscopy and Catalysis Research Laboratory di Lehigh; Alfred Miller, un ricercatore che gestisce il laboratorio Scienta XPS; e Andriy Kovalskiy, un ricercatore associato affiliato all'International Materials Institute di Lehigh per le nuove funzionalità del vetro, che è sostenuto dalla National Science Foundation.