Forskare kan nu titta djupare på nya material för att studera deras struktur och beteende, tack vare arbete från en internationell grupp forskare under ledning av UC Davis och Lawrence Berkeley National Laboratory och publicerad 14 augusti av tidskriften Naturmaterial.
Tekniken kommer att möjliggöra mer detaljerad undersökning av nya typer av material för användning inom elektronik, energiproduktion, kemi och andra tillämpningar.
Tekniken, kallas vinkelupplöst fotoemission, har använts sedan 1970 -talet för att studera material, särskilt egenskaper som halvledningsförmåga, supraledning och magnetism. Men tekniken tillåter sondering till ett djup av endast ungefär en nanometer under ytan av ett material, en gräns som införs av den starka oelastiska spridningen av de utsända elektronerna.
Genombrottsarbetet för UC Davis/LBNL-teamet använde den högintensiva röntgenkällan som drivs av det japanska nationella institutet för materialvetenskap vid SPring8-synkrotronstrålningsanläggningen i Hyogo, Japan, och tillät forskare att titta långt djupare in i ett material, ge mer information och minska yteffekter.
"Vi kan nu ta detta till mycket högre energier än tidigare trott, "sa Chuck Fadley, professor i fysik vid UC Davis och Lawrence Berkeley Lab, som är seniorförfattare till tidningen.
Tekniken bygger på den fotoelektriska effekt som Einstein beskrev 1905:När en foton skjuts in i ett material, det slår ut en elektron. Genom att mäta vinkeln, energi och kanske rotationen av de utmatade elektronerna, forskare kan lära sig i detalj om elektronrörelse och bindning i materialet.
Tidigare, tekniken använde energier på cirka 10 till 150 elektronvolt. Arbetade på den japanska anläggningen, Fadley och hans kollegor kunde öka det till så högt som 6, 000 elektronvolts-energier som ökade sonderingsdjupet upp till 20 gånger.
Tack vare de senaste framstegen inom elektronoptik, laget kunde också samla in korrekt information med hjälp av specialdesignade spektrometrar - effektivt kameror för elektroner.
Spektrometern är snarare som en hålkamera, Fadley noterade. Det är lätt att få en skarp bild med en hålkamera genom att hålla ingången liten. Öppna denna bländare och mycket mer ljus släpps in, men en tydlig bild blir svårare att extrahera. Men ny utveckling inom elektronoptik, särskilt i Sverige, har gjort det möjligt att upptäcka tillräckliga elektroner för att utföra sådana experiment.
Flera kraftfulla röntgenkällor körs eller byggs nu i Europa och Asien, även om ingen ännu är planerad i USA, Sa Fadley. Den nya tekniken kan användas både för grundläggande och kommersiell forskning om nya material för elektronik och teknik.
Fadley noterade att han först hade föreslagit idén att använda en högintensiv röntgenkälla för att titta djupare under ytan av material runt 1980, men varken röntgenkällorna eller spektrometrarna fanns för att göra experimentet genomförbart.
