Ett team av forskare har gjort ett stort genombrott när det gäller att mäta strukturen hos nanomaterial under extremt höga tryck. För första gången, de utvecklade ett sätt att komma runt de allvarliga förvrängningarna av högenergiröntgenstrålar som används för att avbilda strukturen hos en guldnanokristall. Tekniken, beskrivs i 9 april, 2013, frågan om Naturkommunikation , kan leda till framsteg av nya nanomaterial skapade under högt tryck och en större förståelse för vad som händer i planetariska interiörer.

Studiens huvudförfattare, Wenge Yang från Carnegie Institution's High Pressure Synergetic Consortium förklarade:"Det enda sättet att se vad som händer med sådana prover när de är under tryck är att använda högenergiröntgenstrålar producerade av synkrotronkällor. Synkrotroner kan ge mycket koherenta röntgenstrålar för avancerade 3D-avbildning med tiotals nanometers upplösning. Detta skiljer sig från inkoherent röntgenbild som används för medicinsk undersökning som har mikron spatial upplösning. De höga trycken förändrar i grunden många egenskaper hos materialet."

Teamet fann att genom att ta ett medelvärde av mönstren för de böjda vågorna - diffraktionsmönstren - av samma kristall med hjälp av olika provinriktningar i instrumenteringen, och genom att använda en algoritm utvecklad av forskare vid London Centre for Nanotechnology, de kan kompensera för distorsionen och förbättra rumsupplösningen med två storleksordningar.

"Vågdistorsionsproblemet är analogt med att ordinera glasögon för diamantstädcellen för att korrigera synen av det koherenta röntgenbildsystemet, " kommenterade Ian Robinson, ledare för London-teamet.

Forskarna utsatte en 400 nanometer (0,000015 tum) enkristall av guld för tryck från cirka 8, 000 gånger trycket vid havsnivån till 64, 000 gånger det trycket, som handlar om trycket i jordens övre mantel, skiktet mellan den yttre kärnan och skorpan.

Teamet genomförde avbildningsexperimentet vid Advanced Photon Source, Argonne National Laboratory. De komprimerade guldnanokristallen och fann först, som förväntat, att kristallens kanter blir vassa och spända. Men till deras fullständiga förvåning, stammarna försvann vid ytterligare kompression. Kristallen utvecklade en mer rundad form vid högsta tryck, vilket innebär ett ovanligt plastliknande flöde.

"Nanogoldpartiklar är mycket användbara material, ", anmärkte Yang. "De är cirka 60 % styvare jämfört med andra mikronstora partiklar och kan visa sig vara avgörande för att konstruera förbättrade molekylära elektroder, nanoskala beläggningar, och andra avancerade tekniska material. Den nya tekniken kommer att vara avgörande för framsteg inom dessa områden. "

"Nu när distorsionsproblemet har lösts, hela fältet av nanokristallstrukturer under tryck kan nås, ", sa Robinson. "Det vetenskapliga mysteriet om varför nanokristaller under tryck på något sätt är upp till 60 % starkare än bulkmaterial kan snart redas ut."