Gli scienziati possono ora approfondire i nuovi materiali per studiarne la struttura e il comportamento, grazie al lavoro di un gruppo internazionale di ricercatori guidato da UC Davis e dal Lawrence Berkeley National Laboratory e pubblicato il 14 agosto dalla rivista Materiali della natura.

La tecnica consentirà uno studio più dettagliato di nuovi tipi di materiali per l'uso in elettronica, produzione di energia, chimica e altre applicazioni.

La tecnica, chiamata fotoemissione ad angolo risolta, è stato utilizzato fin dagli anni '70 per studiare materiali, in particolare proprietà come la semiconduttività, superconduttività e magnetismo. Ma la tecnica consente di sondare a una profondità di solo circa un nanometro sotto la superficie di un materiale, un limite imposto dalla forte diffusione anelastica degli elettroni emessi.

Il lavoro rivoluzionario del team UC Davis/LBNL ha fatto uso della sorgente di raggi X ad alta intensità gestita dall'Istituto nazionale giapponese per le scienze dei materiali presso l'impianto di radiazione di sincrotrone SPring8 a Hyogo, Giappone, e ha permesso ai ricercatori di guardare molto più in profondità in un materiale, fornendo maggiori informazioni e riducendo gli effetti di superficie.

"Ora possiamo portarlo a energie molto più alte di quanto si pensasse in precedenza, "ha detto Chuck Fadley, professore di fisica alla UC Davis e al Lawrence Berkeley Lab, chi è l'autore senior del documento.

La tecnica si basa sull'effetto fotoelettrico descritto da Einstein nel 1905:quando un fotone viene sparato in un materiale, fa fuori un elettrone. Misurando l'angolo, energia e forse lo spin degli elettroni espulsi, gli scienziati possono apprendere in dettaglio il movimento degli elettroni e il legame nel materiale.

In precedenza, la tecnica utilizzava energie da circa 10 a 150 elettronvolt. Lavorando presso la struttura giapponese, Fadley e i suoi colleghi sono stati in grado di aumentarlo fino a 6, 000 elettronvolt — energie che hanno aumentato la profondità di sondaggio fino a 20 volte.

Grazie ai recenti progressi nell'ottica elettronica, il team è stato anche in grado di raccogliere informazioni accurate utilizzando spettrometri appositamente progettati, in pratica fotocamere per gli elettroni.

Lo spettrometro è un po' come una macchina fotografica stenopeica, Fadley ha notato. È facile ottenere un'immagine nitida con una fotocamera stenopeica mantenendo piccola l'apertura dell'ingresso. Apri questa apertura e viene ammessa molta più luce, ma un'immagine chiara diventa più difficile da estrarre. Ma i nuovi sviluppi nell'ottica elettronica, in particolare in Svezia, hanno permesso di rilevare elettroni sufficienti per effettuare tali esperimenti.

Diverse sorgenti di raggi X ad alta potenza sono ora in funzione o in costruzione in Europa e in Asia, sebbene nessuno sia ancora pianificato negli Stati Uniti, ha detto Fadley. La nuova tecnica potrebbe essere utilizzata sia per la ricerca di base che commerciale su nuovi materiali per l'elettronica e la tecnologia.

Fadley ha notato che aveva proposto per la prima volta l'idea di utilizzare una sorgente di raggi X ad alta intensità per guardare più in profondità sotto la superficie dei materiali intorno al 1980, ma né le sorgenti di raggi X né gli spettrometri esistevano per rendere fattibile l'esperimento.