Koristeći kombinaciju snažnih rendgenskih zraka, algoritama za pronalaženje faze i mašinskog učenja, istraživači iz Cornell-a otkrili su složene nanoteksture u tankoslojnim materijalima, nudeći naučnicima novi, pojednostavljeni pristup analizi potencijalnih kandidata za kvantno računarstvo i mikroelektroniku, između ostalog.
Naučnici su posebno zainteresovani za nanoteksture koje su neujednačeno raspoređene po tankom filmu jer mogu dati materijalu nova svojstva. Najefikasniji način za proučavanje nanotekstura je da ih direktno vizualizujete, što je izazov koji obično zahteva složenu elektronsku mikroskopiju i ne čuva uzorak.
Nova tehnika snimanja detaljno opisana 6. jula u Proceedings of the National Academi of Sciences prevazilazi ove izazove korišćenjem faznog preuzimanja i mašinskog učenja za invertovanje konvencionalno prikupljenih podataka o difrakciji rendgenskih zraka—kao što je onaj proizveden u Cornell High Energi Sinchrotron Source-u, gde podaci za studiju su prikupljeni – u realnom prostoru vizuelizacije materijala na nanoskali.
Upotreba difrakcije rendgenskih zraka čini tehniku dostupnijom naučnicima i omogućava snimanje većeg dela uzorka, rekao je Andrej Singer, docent nauke o materijalima i inženjeringu i David Croll Seskuicentennial Faculti Fellov in Cornell Engineering, koji je vodio istraživanje. sa doktorandom Ziming Šaom.
„Snimanje velike površine je važno jer predstavlja pravo stanje materijala“, rekao je Singer. „Nanotekstura izmerena lokalnom sondom mogla bi zavisiti od izbora mesta za ispitivanje.“
Još jedna prednost nove metode je u tome što ne zahteva da se uzorak razbije, što omogućava dinamičko proučavanje tankih filmova, kao što je uvođenje svetlosti da bi se videlo kako se strukture razvijaju.
„Ovaj metod se može lako primeniti za proučavanje dinamike in-situ ili operando“, rekao je Šao. „Na primer, planiramo da koristimo metod za proučavanje kako se struktura menja u roku od pikosekundi nakon ekscitacije kratkim laserskim impulsima, što bi moglo omogućiti nove koncepte za buduće teraherc tehnologije.“
Tehnika je testirana na dva tanka filma, od kojih je prvi imao poznatu nanoteksturu koja se koristila za validaciju rezultata snimanja. Nakon testiranja drugog tankog filma – Mott izolatora sa fizikom povezanom sa superprovodljivošću – istraživači su otkrili novu vrstu morfologije koja ranije nije primećena u materijalu – nanouzorak izazvan naprezanjem koji se spontano formira tokom hlađenja do kriogenih temperatura.
„Slike se izdvajaju bez prethodnog znanja“, rekao je Šao, „potencijalno postavljajući nove standarde i informišući o novim fizičkim hipotezama u modeliranju faznog polja, simulacijama molekularne dinamike i kvantnomehaničkim proračunima“.
