(Phys.org) — Voor het verkrijgen van de vingerafdruk op atomair niveau van een materiaal is veel meer nodig dan alleen een beetje inkt.

Door de mogelijkheden van röntgenanalyse en uiterst nauwkeurige microscopie te combineren, wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy hebben een manier ontwikkeld om tegelijkertijd de fysieke structuur en chemische samenstelling van materialen op bijna atomair niveau te bepalen. Het onderzoek opent nieuwe routes naar de volgende generatie materialen voor een breed assortiment aan energiegerelateerde toepassingen.

Sinds de Nobelprijswinnende uitvinding in de jaren 80, scanning tunneling microscopie (STM) heeft onderzoekers een enorm scala aan verschillende materialen op atomair niveau laten zien. STM biedt een fijnere ruimtelijke resolutie dan vrijwel elke andere beeldvormingstechniek, hoewel het een belangrijk nadeel heeft, zei Argonne nanowetenschapper Volker Rose.

"STM was een ongelooflijke doorbraak toen het werd ontdekt, maar het probleem ermee is dat hoewel we eigenlijk kunnen zien waar alle atomen zijn, het geeft geen directe informatie over de chemie of de magnetische eigenschappen, ' zei Roos.

Het overwinnen van deze "chemische blindheid" en tegelijkertijd het vermogen behouden om materialen op zo'n kleine schaal te bestuderen, is een uitdaging gebleken voor de wetenschappelijke gemeenschap, maar door de bronnen te combineren die worden aangeboden door Argonne's Advanced Photon Source, Centrum voor nanoschaalmaterialen en elektronenmicroscopiecentrum, een van Rose's recente studies baant een weg vooruit.

In het onlangs gepubliceerde onderzoek Rose en zijn team rapporteren over een nieuwe techniek, genaamd "synchrotron X-ray scanning tunneling microscopie, " die STM verenigt met de synchrotron-röntgenstralen van de Advanced Photon Source. Het team gebruikte een klein kopermonster om de beperkingen en kansen van de techniek te bepalen. Alleen, de synchrotron kan niet de ruimtelijke resolutie bereiken die STM biedt, maar samen leveren ze de kwaliteit en het soort data waar de onderzoekers naar op zoek waren.

"Je kunt onze wetenschappelijke vaardigheden beschouwen als vergelijkbaar met de capaciteiten van een atleet die goed is in meerdere sporten, Rose zei. "Een honkbalspeler is misschien niet geweldig in voetbal, of vice versa, omdat de vereisten voor elk anders zijn. Maar het hebben van een persoon - of in ons geval, een experimentele techniek - die de kracht van meerdere benaderingen combineert, zal een blijvende impact hebben en hopelijk de ontwikkeling van een aantal nieuwe technologieën versnellen.

"Momenteel, elke tool wordt gebruikt door een andere wetenschappelijke gemeenschap, maar dit is een goed voorbeeld van wanneer gecombineerde expertise de ontdekking echt kan versnellen, " hij voegde toe.

Omdat synchrotron X-ray scanning tunneling microscopie kan worden gebruikt om een ​​breed scala aan verschillende materialen te onderzoeken, Rose gelooft dat de techniek wetenschappers en ingenieurs zal helpen bij het ontwikkelen van nieuwe generaties katalysatoren, magnetische systemen en zonnecellen op nanoschaal. "Met katalyse, het hebben van deze mate van resolutie zal ons laten zien waar de actieve sites zijn op individuele katalysatoren, en we kunnen precies zien hoe de reactie verloopt, " zei hij. "Met zonnecellen, we kunnen een veel beter beeld krijgen van de oppervlakteverontreinigingen die momenteel hun efficiëntie verminderen."

Rose verwacht dat de nieuwe techniek uiteindelijk in staat zal zijn om de elektronische, chemische en magnetische eigenschappen van individuele atomen.

Een artikel gebaseerd op het onderzoek, "Synchrotron X-Ray Scanning Tunneling Microscopie:Fingerprinting Near to Far Field Transitions op Cu (111) geïnduceerd door Synchrotron-straling, " verschijnt in het nummer van 28 mei van Geavanceerde functionele materialen .