(PhysOrg.com) -- Een pixel zegt meer dan duizend woorden? Niet precies hoe het gezegde gaat, maar in dit geval het is waar:wetenschappers van de Molecular Foundry van Berkeley Lab hebben een pioniersrol gespeeld in een nieuwe chemische mappingmethode die ongekend inzicht geeft in materialen op nanoschaal. Verder gaan dan traditionele statische beeldvormingstechnieken, die een momentopname geven, deze nieuwe kaarten zullen onderzoekers begeleiden bij het ontcijferen van moleculaire chemie en interacties op nanoschaal - cruciaal voor kunstmatige fotosynthese, productie van biobrandstoffen en toepassingen voor lichte oogsten, zoals zonnecellen.

“Deze nieuwe techniek stelt ons in staat om zeer hoge resolutie beelden van nanomaterialen vast te leggen met een enorme hoeveelheid fysische en chemische informatie op elke pixel. ” zegt Alexander Weber-Bargioni, een postdoctoraal wetenschapper in de Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility bij de Foundry. “Meestal als je een foto maakt, je krijgt gewoon een beeld van hoe dit materiaal eruit ziet, maar niets meer. Met onze methode, we kunnen nu informatie krijgen over de functionaliteit van een nanostructuur met rijke details.”

The Molecular Foundry is een U.S. Department of Energy (DOE) Office of Science nanoscience center en een nationale gebruikersfaciliteit. Met het ultramoderne gerichte ionenstraalgereedschap van de Foundry tot hun beschikking, Weber-Bargioni en zijn team hebben een coaxiale antenne ontworpen en gefabriceerd die licht op nanoschaal kan focussen. – een gebruik van licht vergelijkbaar met het hanteren van een scherp mes in een onweersbui, zegt Weber-Bargioni.

Bestaande uit goud gewikkeld rond een siliciumnitride atoomkrachtmicroscooppunt, deze coaxiale antenne dient gedurende meerdere uren als optische sonde voor structuren met een resolutie van nanometers. Wat meer is, in tegenstelling tot andere scansondetips, het biedt voldoende verbetering, of lichtintensiteit, om de chemische vingerafdruk bij elke pixel te rapporteren tijdens het verzamelen van een afbeelding (meestal 256 x 256 pixels). Deze gegevens worden vervolgens gebruikt om meerdere compositiegerelateerde "kaarten, ” elk met een schat aan chemische informatie op elke pixel, met een resolutie van slechts twintig nanometer. De kaarten geven informatie die essentieel is voor het onderzoeken van nanomaterialen, waarin lokale oppervlaktechemie en interfaces het gedrag domineren.

"Het vervaardigen van reproduceerbare optische microscopie-sondes in het nabije veld is altijd een uitdaging geweest, " zegt Frank Ogletree, waarnemend faciliteitsdirecteur van de faciliteit voor beeldvorming en manipulatie van nanostructuren bij de gieterij. "We hebben nu een methode met een hoog rendement om gemanipuleerde plasmonische sondes te maken voor spectroscopie op verschillende oppervlakken."

Om de mogelijkheden van hun nieuwe sonde te testen, het team onderzocht koolstofnanobuisjes, vellen koolstofatomen rolden strak in buizen met een diameter van slechts enkele nanometers. Koolstofnanobuisjes zijn ideaal voor dit soort interactief onderzoek omdat hun ongeëvenaarde elektronische en structurele eigenschappen gevoelig zijn voor plaatselijke chemische veranderingen.

Gebruikers die naar de Molecular Foundry komen om informatie te zoeken over lichtoogstmaterialen of een ander dynamisch systeem, zouden baat kunnen hebben bij dit beeldvormingssysteem, zegt Weber-Bargioni.

voegt Jim Schuck toe, 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.”