(Phys.org) – Att få ett materials fingeravtryck på atomnivå kräver mycket mer än bara en klick bläck.

Genom att para ihop funktionerna för röntgenanalys och extremt exakt mikroskopi, forskare vid det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory har utvecklat ett sätt att samtidigt bestämma den fysiska strukturen och kemiska sammansättningen av material på nära atomnivå. Forskningen öppnar nya vägar till nästa generations material för ett brett sortiment av energirelaterade tillämpningar.

Sedan dess Nobelprisvinnande uppfinning på 1980-talet, scanning tunneling microscopy (STM) har låtit forskare se ett enormt utbud av olika material på atomnivå. STM erbjuder en finare grad av rumslig upplösning än praktiskt taget någon annan bildteknik, även om det har en betydande nackdel, sa Argonne nanoforskaren Volker Rose.

"STM var ett otroligt genombrott när det upptäcktes, men problemet med det är att även om vi i princip kan se var alla atomer finns, den ger inte direkt information om kemin eller de magnetiska egenskaperna, " sa Rose.

Att övervinna denna "kemiska blindhet" och samtidigt behålla förmågan att studera material i så liten skala har visat sig vara en utmaning för det vetenskapliga samfundet, men genom att kombinera resurserna som erbjuds av Argonnes Advanced Photon Source, Center for Nanoscale Materials and Electron Microscopy Center, en av Roses senaste studier banar vägen framåt.

I den nyligen publicerade studien, Rose och hans team rapporterar om en ny teknik, kallad "synkrotronröntgenskanning tunnelmikroskopi, " som förenar STM med synkrotronröntgenstrålning som tillhandahålls av Advanced Photon Source. Teamet använde ett litet kopparprov för att fastställa teknikens begränsningar och möjligheter. Ensam, synkrotronen kan inte uppnå den rumsliga upplösning som STM erbjuder, men tillsammans tillhandahåller de den kvalitet och typ av data som forskarna letade efter.

"Man kan tänka på våra vetenskapliga förmågor som liknar förmågorna hos en idrottare som är bra på flera sporter, " sa Rose. "En basebollspelare kanske inte är fantastisk på fotboll, eller tvärtom, eftersom kraven för var och en är olika. Men att ha en person – eller i vårt fall, en experimentell teknik – som kombinerar kraften i flera tillvägagångssätt kommer att ha en bestående effekt och förhoppningsvis påskynda utvecklingen av ett antal nya teknologier.

"För närvarande, varje verktyg används av ett annat forskarsamhälle, men det här är ett bra exempel på när kombinerad expertis verkligen kan påskynda upptäckten, " han lade till.

Eftersom synkrotronröntgenskanning tunnelmikroskopi kan användas för att undersöka ett stort antal olika material, Rose tror att tekniken kommer att hjälpa forskare och ingenjörer att utveckla nya generationer av katalysatorer, magnetiska system i nanoskala och solceller. "Med katalys, att ha denna upplösningsgrad kommer att visa oss var de aktiva platserna finns på individuella katalysatorer, och vi kan se exakt hur reaktionen uppstår, " sa han. "Med solceller, vi kan få en mycket bättre bild av de ytföroreningar som för närvarande minskar deras effektivitet."

Rose förutser att den nya tekniken i slutändan kommer att kunna studera det elektroniska, kemiska och magnetiska egenskaper hos enskilda atomer.

En artikel baserad på studien, "Synkrotronröntgenskanningstunnelmikroskopi:Fingeravtrycksövergångar nära till långt fält på Cu(111) inducerad av synkrotronstrålning, " visas i numret av 28 maj Avancerade funktionella material .