Een grote doorbraak in het meten van de structuur van nanomaterialen onder extreem hoge druk is bereikt door onderzoekers van het London Centre for Nanotechnology (LCN).

Beschreven in Natuurcommunicatie , de studie maakte gebruik van nieuwe ontwikkelingen in röntgendiffractie om de veranderingen in de morfologie van gouden nanokristallen onder een druk tot 6,5 gigapascal in beeld te brengen.

Onder hoge druk, beeldvormende methoden zoals elektronen- of atoomkrachtmicroscopie zijn niet levensvatbaar, waardoor röntgendiffractiebeeldvorming de enige optie is. Echter, tot voor kort, het scherpstellen van een afbeelding die met deze methode is gemaakt, is moeilijk gebleken.

Met behulp van een door LCN-onderzoekers ontwikkelde techniek om de vervormingen van de röntgenstralen te corrigeren, de wetenschappers, in samenwerking met de Carnegie Institution of Washington, hebben nu de structuur van gouden nanokristallen kunnen meten in een hogere resolutie dan ooit tevoren.

Professor Ian Robinson, die de bijdrage van het LCN aan het onderzoek leidde, zei:"Het oplossen van het vervormingsprobleem van de röntgendiffractiebeelden is analoog aan het voorschrijven van een bril om het gezichtsvermogen te corrigeren.

"Nu is dit probleem opgelost, we hebben toegang tot het hele veld van nanokristalstructuren onder druk. Het wetenschappelijke mysterie waarom nanokristallen onder druk tot 50% sterker zijn dan bulkmateriaal kan binnenkort worden ontrafeld."

Om het onderzoek uit te voeren, een gouden nanokristal met een diameter van 400 nm werd in een apparaat geplaatst dat een Diamond-Anvil Cell (DAC) wordt genoemd en dat de immense druk kan recreëren die diep in de aarde bestaat, het creëren van materialen en fasen die onder normale omstandigheden niet bestaan.

Het monster werd verpletterd in het apparaat en de veranderingen werden afgebeeld als de druk, gemeten door een kleine robijnrode bol, was toegenomen. De studie toonde aan dat onder lage druk, het nanokristal werkte zoals verwacht en de randen werden gespannen, echter, verrassend genoeg, de stammen verdwenen onder verdere compressie.

De wetenschappers verklaren dit door te suggereren dat het materiaal onder druk een "plastic stroom" ondergaat, een fenomeen waarbij een materiaal begint te stromen en vloeibaar wordt zodra het een kritische druk bereikt. Deze hypothese werd verder ondersteund toen de gefacetteerde vorm van het kristal een gladdere en rondere vorm kreeg naarmate de druk toenam.

Professor Robinson voegde toe:"Deze ontwikkeling heeft een groot potentieel voor het onderzoeken van de vorming van mineralen in de aardkorst, die onder druk van de ene fase naar de andere transformeren"

In de toekomst, deze techniek biedt een veelbelovende aanpak voor in-situ nanotechnologie-ontwikkeling onder hoge druk.