(PhysOrg.com) - En pixel är värd tusen ord? Inte riktigt hur man säger, men i det här fallet, det stämmer:forskare vid Berkeley Labs Molecular Foundry har varit banbrytande för en ny kemisk kartläggningsmetod som ger oöverträffad inblick i material på nanoskala. Går bortom traditionella statiska bildtekniker, som ger en ögonblicksbild i tiden, dessa nya kartor kommer att vägleda forskare i att dechiffrera molekylär kemi och interaktioner på nanoskala - avgörande för artificiell fotosyntes, biobränsleproduktion och lättskördstillämpningar som solceller.

"Denna nya teknik tillåter oss att ta mycket högupplösta bilder av nanomaterial med en enorm mängd fysisk och kemisk information vid varje pixel, Säger Alexander Weber-Bargioni, en postdoktor i Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility vid gjuteriet. "Vanligtvis när du tar en bild, du får bara en bild av hur det här materialet ser ut, men inget mer. Med vår metod, vi kan nu få information om funktionaliteten hos en nanostruktur med rika detaljer."

Molecular Foundry är ett amerikanskt Department of Energy (DOE) Office of Science nanovetenskapscenter och nationell användaranläggning. Med gjuteriets toppmoderna fokuserade jonstrålverktyg till sitt förfogande, Weber-Bargioni och hans team designade och tillverkade en koaxialantenn som kan fokusera ljus i nanoskala, – en sele av ljus som liknar att använda en vass kniv i ett åskväder, Weber-Bargioni säger.

Bestående av guld lindat runt en kiselnitridmikroskopspets med atomkraft, denna koaxialantenn fungerar som en optisk sond för strukturer med nanometerupplösning i flera timmar åt gången. Vad mer, till skillnad från andra skanningstips, det ger tillräckligt med förbättring, eller ljusintensitet, att rapportera det kemiska fingeravtrycket vid varje pixel medan du samlar in en bild (vanligtvis 256 x 256 pixlar). Dessa data används sedan för att generera flera sammansättningsrelaterade "kartor, ”Var och en med en mängd kemisk information vid varje pixel, med en upplösning på bara tjugo nanometer. Kartorna ger information som är avgörande för att undersöka nanomaterial, där lokal ytkemi och gränssnitt dominerar beteende.

”Att tillverka reproducerbara nära fält optiska mikroskopisonder har alltid varit en utmaning, säger Frank Ogletree, tillförordnad Facility Director för Imaging and Manipulation of Nanostructures Facility vid gjuteriet. "Vi har nu en högavkastningsmetod för att göra konstruerade plasmoniska sonder för spektroskopi på en mängd olika ytor."

För att testa förmågan hos deras nya sond, teamet undersökte kolnanorör, ark av kolatomer rullade tätt till rör bara några nanometer i diameter. Kolnanorör är idealiska för denna typ av interaktiv undersökning eftersom deras oöverträffade elektroniska och strukturella egenskaper är känsliga för lokala kemiska förändringar.

Användare som kommer till Molecular Foundry för att söka information om lättskördande material eller något dynamiskt system bör dra nytta av detta bildsystem, säger Weber-Bargioni.

Lägger till Jim Schuck, 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.”