Высоко когерентное рентгеновское излучение от источников синхротронного типа может быть использовано для визуализации структуры наноматериалов. При этом может быть получено пространственное изображение 3-D высокого качества с погрешностью, не превышающей нескольких десятков нанометров.
С помощью монохроматического, жесткого рентгеновского излучения ученые получили изображение от микроскопической частицы кристалла золота, сформированного из отдельных размытых пятен. Обработка такой «дифракционной картины» при определенных условиях может дать изображения с высоким разрешением распределения электронной плотности и деформации структуры решетки.
Используя разработанные методики, команда исследователей осуществила большой прорыв в изучении структуры наноматериалов в условиях очень высоких давлений. Впервые был реализован способ, который позволил обойти значительные искажения из-за высокой энергии рентгеновских лучей, используемых для получения изображения структуры нанокристаллов золота. Технология, описанная в «Nature Communications» от 9 апреля 2013 года, может привести к созданию новых наноматериалов, получаемых при высоких давлениях, а также даст большее понимание того, что происходит во внутренних областях планет.
Ведущий автор исследования, Венге Янг (Wenge Yang), ученый из Института Карнеги (Синергетический Консорциум высокого давления) объяснил: «Единственным способом узнать, что происходит с образцами, находящимися под высоким давлением, является использование высокоэнергетических рентгеновских лучей, представляющих синхротронное излучение. Синхротроны могут обеспечивать высоко когерентное рентгеновское излучение для получения 3-D изображений с разрешением в десятки нанометров. Такое излучение существенно отличается от некогерентного рентгеновского излучения, которое используется для получения изображения при медицинских осмотрах.
Ученые обнаружили, что, используя алгоритмы обработки дифракционных картин, разработанные исследователями из Лондонского центра нанотехнологий, они могут компенсировать искажения и улучшить пространственное разрешение на два порядка.
Исследователи подвергали 400-нанометровый (0,000015 дюйма) монокристалл золота давлению в диапазоне от значения в 8000 раз большего, чем нормальное атмосферное давление до значения в 64 000 раз большего, последнее соответствует давлению внутри Земли в районе верхней мантии (слой между внешним ядром и корой).
«Наночастицы — очень полезные материалы, — отметил Янг. – Их жесткость на 60% больше по сравнению с частицами микронного размера, а это может сыграть решающую роль для изготовления молекулярных электродов, наноразмерных покрытий, или в других передовых технологиях. Новая технология будет иметь решающее значение для прогресса в этих областях».