(PhysOrg.com) -- De wetenschapper die 's werelds meest gevoelige spectrometer heeft ontwikkeld voor het identificeren van atomen op het oppervlak van een materiaal, kwam onlangs naar Lehigh om een ​​lezing te geven in het enige Amerikaanse laboratorium dat is uitgerust met zijn geavanceerde instrument.

Hidde Brongersma, een professor aan het Imperial College in Londen, Engeland, hield de keynote-toespraak op het Lehigh University Surface Analysis Symposium.

De gebeurtenis, gehouden in het Whitaker-laboratorium, trok 150 wetenschappers uit de industrie en de academische wereld.

Brongersma, die voorheen verbonden was aan de Technische Universiteit Eindhoven in Nederland, is uitvinder van de ION-TOF Qtac100 High Sensitivity-Low Energy Ion Scattering Spectrometer (HS-LEIS). Laagenergetische ionenverstrooiing is de enige techniek die de atomen kan identificeren die aanwezig zijn op de buitenste laag van een vast oppervlak (~0,3 nanometer diepteresolutie; 1 nm is gelijk aan een miljardste van een meter).

“Of je nu een nieuwe katalysator probeert te ontwikkelen, maak een kleinere transistor, of de hechtingseigenschappen van een polymeeroppervlak verbeteren, ’ aldus Brongersma, “Het is uiterst belangrijk om oppervlakte-eigenschappen op atomair niveau te kunnen beheersen.

“Om dit te kunnen doen, je moet de oppervlaktesamenstelling met dezelfde precisie kunnen analyseren.”

Een krachtig paar

Om het oppervlak van een monster te analyseren, men moet niet alleen de aanwezige atomen identificeren, maar ook hun chemische aard bepalen, zoals de oxidatietoestand.

Lehigh heeft ook het geluk een van de krachtigste röntgenfoto-elektronspectrometers met hoge resolutie (HR-XPS) te hebben die de chemische aard van de atomen in het oppervlaktegebied kunnen bepalen. De Scienta ESCA 300 van de universiteit, een van de 11 in de wereld, is de enige in zijn soort in de V.S.

“Hoewel XPS niet zo oppervlaktegevoelig is als HS-LEIS, het kan zeer nuttige chemische informatie opleveren van de bovenste 10-20 atomaire lagen van een materiaal, ” zei Israël E. Wachs, de G. Whitney Snyder hoogleraar chemische technologie.

"Door gegevens van beide technieken te combineren, kunnen Lehigh en gastonderzoekers een nieuw perspectief krijgen op de oppervlakken van veel van de technologisch belangrijke materialen van vandaag.

"De ongekende en fundamentele inzichten die deze oppervlaktetechnieken opleveren, beginnen ons begrip van de oppervlakken van technologisch belangrijke materialen al te veranderen, terwijl we basisstructuur-prestatierelaties tot stand brengen die helpen bij het ontwerpen van geavanceerde materialen."

Een speelbal van edelgasionen

De fysieke principes achter de HS-LEIS-techniek zijn vergelijkbaar met die van een spelletje pool, maar in plaats van een speelbal, edelgasionen, zoals helium of neon, worden afgevuurd op het oppervlak van een monster.

Het gasion interageert met een oppervlakte-atoom vergelijkbaar met de manier waarop een speelbal een andere biljartbal raakt. Het kan ofwel rechtstreeks van het monster terugkaatsen of onder een hoek worden afgebogen, en een fractie van zijn momentum (of energie) wordt overgebracht naar het oppervlakteatoom.

De hoeveelheid verloren energie is direct gerelateerd aan het atoomgewicht van het oppervlakte-atoom. De energie van de terugkaatsende edelgasionen wordt gemeten in de spectrometer, die vervolgens kan worden terugverbonden om ondubbelzinnig de identiteit te bepalen van het atoom waaruit het werd verstrooid.

Het unieke ontwerp van de ringkern Qtac100 energieanalysator van het instrument, die een positiegevoelige detector en een vluchttijdmassafilter omvat, biedt een 3, 000-voudige verbetering in gevoeligheid ten opzichte van zijn voorgangers en maakt ook tweedimensionale oppervlaktekartering mogelijk.

Andere presentaties in de workshop werden gegeven door Wachs, die Lehigh's Operando Molecular Spectroscopy and Catalysis Research Laboratory leidt; Alfred Molenaar, een onderzoekswetenschapper die het Scienta XPS-laboratorium beheert; en Andriy Kovalskiy, een onderzoeksmedewerker verbonden aan Lehigh's International Materials Institute for New Functionality in Glass, die wordt ondersteund door de National Science Foundation.