A medida que el interés por la energía renovable y los dispositivos de eficiencia energética continúa creciendo, también lo ha hecho el interés de la comunidad científica en descubrir y diseñar nuevos materiales con propiedades físicas deseables que podrían usarse en células solares o dispositivos de almacenamiento de energía. Una herramienta clave en estoel trabajo es la espectroscopía de pérdida de energía de electrones de alta resolución HREELS, que consiste en exponer un material a un haz de electrones de energía cinética conocida. Mientras que los electrones pierden energía cuando rebotan en los átomos en la superficie del material, se puede medir esa pérdida de energíay solía hacer determinaciones importantes sobre el material.
"Los fonones, las excitaciones colectivas que rigen el movimiento de los átomos dentro de la red cristalina de un sólido, son un tema de particular interés para los científicos porque afectan las propiedades físicas, como la capacidad de un material determinado para conducir electricidad o calor", explicó François CBocquet, físico del Forschungszentrum Jülich, un centro de investigación científica en Jülich, Alemania, "estas propiedades son importantes porque afectan la idoneidad de un material para su uso en diferentes aplicaciones".
"El desafío ha sido que puede llevar mucho tiempo para los científicos de la superficie que usan HREELS para medir la dispersión de los fonones o la pérdida neta de energía en todos los ángulos. Hasta ahora, solo era posible medir un ángulo y una pérdida de energía enun tiempo, por lo que podría tomar más de un día medir la dispersión. De hecho, podría tomar hasta una semana si no elige una energía cinética adecuada para los electrones en el haz entrante porque esto afectaintensidad de los fonones y, por lo tanto, la facilidad con la que se pueden medir ", dijo Bocquet.
Para abordar estos problemas, Bocquet y sus colegas han adaptado un instrumento utilizado para HREELS con nuevos componentes para que la dispersión de fonones de un material determinado se pueda medir en cuestión de minutos. Describen su dispositivo esta semana en la revista Revisión de instrumentos científicos , de AIP Publishing.
"Nuestro aparato tiene dos componentes principales que nos permiten mejorar la medición de la dispersión de fonones", dijo Bocquet, cuya investigación también está financiada por el Fondo de Iniciativas y Redes de la Asociación Helmholtz. "El primero es un analizador de electrones hemisférico, quese ha utilizado con éxito durante más de una década en la espectroscopía de fotoelectrones con resolución angular. La segunda es una fuente de electrones de alta resolución energética que se desarrolló internamente. Se puede optimizar con el software que creamos para que los electrones del haz entrante tenganenergía cinética deseada y se centran en un área muy pequeña en la muestra que se ajusta al campo de visión del analizador de electrones hemisférico ".
El marco de tiempo mejorado para determinar la dispersión de fonones tiene el beneficio adicional de permitir a los científicos de la superficie abordar muestras cuya medición era demasiado engorrosa hasta ahora.
"Los científicos de superficies suelen trabajar en condiciones de vacío porque las superficies que estudian deben estar extremadamente limpias y sin contaminantes. Sin embargo, dado que ningún vacío es perfecto, por lo general tienen que dejar de medir una muestra determinada después de unas horas y prepararla nuevamente"Reducir el tiempo para medir la dispersión significa que ahora es posible medir muestras que son difíciles de preparar y de corta duración", dijo Bocquet.
Bocquet y sus colegas tienen la intención de usar su dispositivo para investigar materiales relacionados con el grafeno, una sustancia conocida que ha atraído mucho interés entre los científicos en la última década. También están ansiosos por ver qué materiales usan otros científicos de la superficie.para estudiar.
"Se están desarrollando muchos nuevos materiales interesantes cuyas propiedades físicas podrían entenderse más profundamente si pudiéramos medir su dispersión de fonones", dijo Bocquet. "Esta información ayudaría a los científicos e ingenieros a determinar la idoneidad de estos materiales para su uso en nuevosdispositivos que abordan desafíos globales apremiantes "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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