(Phys.org) — Ottenere l'impronta digitale a livello atomico di un materiale richiede molto di più di una semplice goccia di inchiostro.

Abbinando le capacità di analisi a raggi X e microscopia estremamente precisa, gli scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti hanno sviluppato un modo per determinare contemporaneamente la struttura fisica e la composizione chimica dei materiali a un livello vicino al livello atomico. La ricerca apre nuove strade alla prossima generazione di materiali per un vasto assortimento di applicazioni legate all'energia.

Dalla sua invenzione vincitrice del premio Nobel negli anni '80, La microscopia a scansione a effetto tunnel (STM) ha consentito ai ricercatori di visualizzare un'immensa gamma di materiali diversi a livello atomico. STM offre un grado di risoluzione spaziale più fine rispetto a qualsiasi altra tecnica di imaging, anche se ha uno svantaggio significativo, ha detto il nanoscienziato di Argonne Volker Rose.

"STM è stata una svolta incredibile quando è stata scoperta, ma il problema è che anche se in pratica possiamo vedere dove sono tutti gli atomi, non fornisce informazioni dirette sulla chimica o sulle proprietà magnetiche, " disse Rosa.

Superare questa "cecità chimica" mantenendo la capacità di studiare i materiali su una scala così ridotta si è rivelato una sfida per la comunità scientifica, ma combinando le risorse offerte da Advanced Photon Source di Argonne, Centro per i materiali su scala nanometrica e Centro di microscopia elettronica, uno dei recenti studi di Rose apre una strada in avanti.

Nello studio recentemente pubblicato, Rose e il suo team riferiscono di una nuova tecnica, chiamato "microscopia a effetto tunnel a scansione di raggi X di sincrotrone, " che unisce STM con i raggi X di sincrotrone forniti dall'Advanced Photon Source. Il team ha utilizzato un minuscolo campione di rame per determinare i limiti e le opportunità della tecnica. Da solo, il sincrotrone non può raggiungere la risoluzione spaziale offerta da STM, ma insieme forniscono la qualità e il tipo di dati che i ricercatori hanno cercato.

"Si può pensare alle nostre capacità scientifiche come simili alle capacità di un atleta che è bravo in più sport, " disse Rose. "Un giocatore di baseball potrebbe non essere eccezionale a calcio, o vice versa, perché i requisiti per ciascuno sono diversi. Ma avere una persona, o nel nostro caso, una tecnica sperimentale, che combina la potenza di molteplici approcci, avrà un impatto duraturo e, si spera, accelererà lo sviluppo di una serie di nuove tecnologie.

"Attualmente, ogni strumento è utilizzato da una diversa comunità scientifica, ma questo è un ottimo esempio di quando le competenze combinate possono davvero accelerare la scoperta, " Ha aggiunto.

Poiché la microscopia a effetto tunnel a scansione di raggi X di sincrotrone potrebbe essere utilizzata per studiare una vasta gamma di materiali diversi, Rose crede che la tecnica aiuterà scienziati e ingegneri a sviluppare nuove generazioni di catalizzatori, sistemi magnetici su nanoscala e celle solari. "Con la catalisi, avere questo grado di risoluzione ci mostrerà dove si trovano i siti attivi sui singoli catalizzatori, e possiamo vedere esattamente come avviene la reazione, " ha detto. "Con le celle solari, possiamo ottenere una visione molto migliore delle impurità superficiali che attualmente riducono la loro efficienza."

Rose anticipa che la nuova tecnica alla fine sarà in grado di studiare l'elettronica, proprietà chimiche e magnetiche dei singoli atomi.

Un articolo basato sullo studio, "Microscopia a tunnel a scansione di raggi X di sincrotrone:impronte digitali di transizioni di campo vicino a lontano su Cu(111) indotte dalla radiazione di sincrotrone, " appare nel numero del 28 maggio di Materiali funzionali avanzati .