(PhysOrg.com)-Forskaren som utvecklade världens känsligaste spektrometer för att identifiera atomer på ett materials yta kom till Lehigh nyligen för att hålla ett föredrag i det enda amerikanska labbet som är utrustat med hans banbrytande instrument.

Hidde Brongersma, professor vid Imperial College i London, England, höll huvudtalet vid Lehigh University Surface Analysis Symposium.

Händelsen, hålls i Whitaker Laboratory, drog 150 forskare från industri och akademi.

Brongersma, som tidigare var associerad med Eindhoven University of Technology i Nederländerna, är uppfinnare av ION-TOF Qtac100 High Sensitivity-Low Energy Ion Scattering Spectrometer (HS-LEIS). Jonspridning med låg energi är den enda tekniken som kan identifiera atomerna som finns på det yttersta lagret på en fast yta (~ 0,3 nanometer djupupplösning; 1 nm är lika med en miljarddels meter).

”Oavsett om du försöker utveckla en ny katalysator, tillverka en mindre transistor, eller förbättra vidhäftningsegenskaperna hos en polymeryta, Sa Brongersma, ”Det är oerhört viktigt att kunna kontrollera ytegenskaperna på atomnivå.

"För att göra detta, du måste kunna analysera ytkompositionen med samma precision. ”

Ett kraftfullt par

För att analysera ytan på ett prov, man måste inte bara identifiera de närvarande atomerna utan också bestämma deras kemiska natur, såsom oxidationstillståndet.

Lehigh har också turen att ha en av de mest kraftfulla högupplösta röntgenfotoelektronspektrometrarna (HR-XPS) som kan bestämma atomernas kemiska beskaffenhet i ytområdet. Universitetets Scienta ESCA 300, en av 11 i världen, är den enda i sitt slag i USA

”Även om XPS inte är lika ytkänsligt som HS-LEIS, det kan ge mycket användbar kemisk information från de 10-20 bästa atomlagren i ett material, ”Sade Israel E. Wachs, G. Whitney Snyder professor i kemiteknik.

”Att kunna kombinera data från båda dessa tekniker gör att Lehigh och besökande forskare kan få ett nytt perspektiv på ytorna på många av dagens teknologiskt viktiga material.

"De oöverträffade och grundläggande insikterna som dessa yttekniker tillhandahåller börjar redan förändra vår förståelse av ytorna på tekniskt viktiga material samtidigt som vi etablerar grundläggande struktur-prestanda-relationer som hjälper till att designa avancerade material."

En köboll av ädelgasjoner

De fysiska principerna bakom HS-LEIS-tekniken liknar den för ett biljardspel, men istället för en köboll, ädelgasjoner, såsom helium eller neon, avfyras på ytan av ett prov.

Gasjonen interagerar med en ytatom som liknar det sätt på vilket en köboll träffar en annan poolboll. Det kan antingen studsa rakt tillbaka från provet eller avböjas i en vinkel, och en bråkdel av dess momentum (eller energi) överförs till ytatomen.

Mängden förlorad energi är direkt relaterad till atomatomens atomvikt. Energin hos de återhämtande ädelgasjonerna mäts i spektrometern, som sedan kan relateras tillbaka för att entydigt bestämma identiteten på atomen från vilken den var spridd.

Den unika designen av instrumentets toroidala Qtac100 -energianalysator, som inkluderar en positionskänslig detektor och massfilter vid flygtid, erbjuder en 3, 000-faldigt förbättrad känslighet jämfört med sina föregångare och möjliggör också tvådimensionell ytkartläggning.

Andra presentationer i workshopen hölls av Wachs, som leder Lehigh’s Operando Molecular Spectroscopy and Catalysis Research Laboratory; Alfred Miller, en forskare som hanterar Scienta XPS -laboratoriet; och Andriy Kovalskiy, en forskningsassistent ansluten till Lehigh's International Materials Institute for New Functionality in Glass, som stöds av National Science Foundation.