Исследование материалов на атомном уровне | Новости Массачусетского технологического института

MIT.nano добавила новый прибор для дифракции рентгеновских лучей (XRD) в свой набор инструментов для определения характеристик, расширяя возможности пользователей объекта анализировать материалы на наноуровне. Хотя в кампусе Массачусетского технологического института существует множество систем XRD, этот новый прибор, Bruker D8 Discover Plus, уникален тем, что он оснащен высокоярким микрофокусным медным источником рентгеновского излучения, который идеально подходит для измерения небольших участков образцов тонких пленок с использованием детектора большой площади.

Новая система размещена в общей экспериментальной установке (SEF) для дифракции рентгеновских лучей и визуализации (SEF), где передовые приборы позволяют исследователям «видеть внутри» материалов в очень малых масштабах. Здесь ученые и инженеры могут исследовать поверхности, слои и внутренние структуры, не повреждая материал, и создавать подробные трехмерные изображения для отображения состава и организации. Собранная информация используется в исследованиях материалов для различных применений, от электроники и хранения энергии до здравоохранения и нанотехнологий.

«Прибор Bruker является важным дополнением к MIT.nano, которое поможет исследователям эффективно получить представление о структуре и свойствах их материалов», — говорит Чарли Сеттенс, специалист по исследованиям и менеджер по операциям в SEF для дифракции рентгеновских лучей и визуализации Feature.nano. «Он приносит в нашу лабораторию высокопроизводительные возможности дифракции, поддерживая все: от рутинной идентификации фаз до сложного микроструктурного анализа тонких пленок и высокотемпературных исследований».

Что такое дифракция рентгеновских лучей?

Когда люди думают о рентгеновских лучах, они часто представляют себе медицинскую визуализацию, на которой плотные структуры, такие как кости, контрастируют с мягкими тканями. Рентгеновская дифракция развивает эту концепцию дальше, выявляя кристаллическую структуру материалов путем измерения интерференционных картин, которые образуются при взаимодействии рентгеновских лучей с атомными плоскостями. Эти дифрактограммы предоставляют подробную информацию о кристаллической фазе материала, размере зерна, ориентации зерен, дефектах и других структурных свойствах.

XRD необходим во многих областях. Инженеры-строители используют его для анализа компонентов бетонных смесей и отслеживания изменений материалов с течением времени. Ученые-материаловеды создают новые микроструктуры и отслеживают, как расположение атомов меняется при различных комбинациях элементов. Инженеры-электрики изучают нанесение тонких кристаллических пленок на подложки, что имеет решающее значение для производства полупроводников. Новый рентгеновский дифрактометр MIT.nano будет поддерживать все эти и многие другие приложения.

«Добавление еще одного рентгеновского аппарата высокого разрешения значительно облегчит изучение этих очень популярных инструментов», — говорит Фред Татт, аспирант факультета материаловедения и инженерии Массачусетского технологического института. «Большое разнообразие опций нового Bruker также облегчит мне и членам моей группы проведение некоторых наиболее нетипичных измерений, которые недоступны с помощью нынешних инструментов XRD».

Более внимательный и ясный взгляд

Заменив две старые системы, Bruker D8 Discover Plus представляет новейшую технологию дифракции рентгеновских лучей в MIT.nano, а также несколько крупных обновлений для объекта Feature.nano. Одной из ключевых особенностей является высокояркий микрофокусный медный источник рентгеновского излучения, способный генерировать интенсивные рентгеновские лучи из пятна небольшого размера — от 2 мм до 200 микрон.

«Гибкость измерения отдельных участков образца с высоким потоком и высоким пространственным разрешением неоценима», — говорит Джордан Кокс, специалист по исследованиям MIT.nano в центре рентгеновской дифракции и визуализации MIT.nano.

Еще одним важным моментом является плоскостная рентгенография — метод, который позволяет изучать дифракцию поверхности тонких пленок с неоднородной ориентацией зерен.

«Плановая рентгенография хорошо сочетается со многими проектами по производству тонких пленок, которые начинаются на заводе», — говорит Сеттенс. После того как исследователи нанесут тонкопленочные покрытия в чистой комнате MIT.nano, они смогут выборочно измерить верхние 100 нанометров поверхности, объясняет он.

Но дело не только в сборе дифракционных картин. Новая система включает мощный пакет программного обеспечения для расширенного анализа данных. Кокс и Сеттенс сейчас обучают пользователей работе с дифрактометром, а также тому, как анализировать и интерпретировать ценные структурные данные, которые он предоставляет.

Посещать Характеристика.nano для получения дополнительной информации об этом и других инструментах.