Ett nytt patent banar vägen framåt för ett sätt att samtidigt bestämma den fysiska strukturen och kemiska sammansättningen av material nära atomnivå med hjälp av en kombination av mikroskopitekniker.

Synkrotronljuskällor används för materialkarakterisering inom den kondenserade materiens fysik, materialvetenskap, kemi, biologi, och energivetenskap. Dock, även med det bästa synkrotronröntgenmikroskopet som finns tillgängligt hittills, direkt kemisk avbildning kan inte nås under en rumslig gräns på cirka 10 nanometer. Nu, forskare kan kemiskt fingeravtrycka ytor för att potentiellt övervinna denna rumsliga begränsning och öppna nya vägar för att utveckla nästa generations material.

Omfattande förståelse av system i nanoskala kräver verktyg med både förmåga att lösa upp nanometerstrukturer samt direkt observation av kemisk sammansättning och magnetiska egenskaper. Röntgenmikroskopimetoder ger den önskade kemiska och magnetiska känsligheten, men den rumsliga upplösningen, eller förmågan att "se" små strukturer, är begränsad.

Å andra sidan, scanning tunneling microscopy (STM) uppnår den erforderliga höga rumsliga upplösningen; dock, den har en grundläggande nackdel – den är kemiskt blind. Nu, forskare vid det amerikanska energidepartementets Argonne National Laboratory har utvecklat en ny teknik som kombinerar de kraftfulla funktionerna för röntgenanalys och STM. Detta långvariga mål har blivit verklighet genom utvecklingen av "smarta" nanotillverkade koaxiala flerskiktssonder som fungerar som detektorer i mikroskopet samt en programmerbar nanomanipulator för att tillverka dessa.

Ytterligare, ett specialiserat elektroniskt filter uppfanns som gör det möjligt för forskare att erhålla samtidig topografisk och kemisk information på ytor, ger materialets kemiska fingeravtryck samtidigt som det ger en detaljerad, tydlig bild av den fysiska strukturen. Forskarna förväntar sig att det nya patentet i slutändan kommer att möjliggöra studier av elektroniska, kemisk, och magnetiska egenskaper hos enskilda atomer.