Elektronenbeeldvorming onthult de levendige kleuren van de buitenste elektronenlaag

Oppervlakken spelen een sleutelrol bij tal van chemische reacties, waaronder katalyse en corrosie. Het begrijpen van de atomaire structuur van het oppervlak van een functioneel materiaal is essentieel voor zowel ingenieurs als scheikundigen. Onderzoekers van de Nagoya Universiteit in Japan hebben secundaire elektronenbeeldvorming (SE) met atomaire resolutie gebruikt om de atomaire structuur van de bovenste laag materialen vast te leggen om zo de verschillen met de lagere lagen beter te begrijpen. De onderzoekers gepubliceerd hun bevindingen in het tijdschrift Microscopie.

Sommige materialen vertonen ‘oppervlaktereconstructie’, waarbij de oppervlakteatomen anders zijn georganiseerd dan de interne atomen. Om dit waar te nemen, vooral op atomair niveau, zijn oppervlaktegevoelige technieken nodig.

Traditioneel is scanning-elektronenmicroscopie (SEM) een effectief hulpmiddel geweest om structuren op nanoschaal te onderzoeken. SEM werkt door een monster te scannen met een gefocusseerde elektronenbundel en de SE’s vast te leggen die vanaf het oppervlak worden uitgezonden. SE’s worden doorgaans uitgezonden vanuit een ondiepe diepte onder het oppervlak, waardoor het moeilijk is om verschijnselen als oppervlaktereconstructie waar te nemen, vooral als het slechts om één enkele atoomlaag gaat.

Het onderzoeksteam van de Universiteit van Nagoya heeft dit probleem aangepakt met behulp van het eenvoudigste werkbare systeem: een tweelaags molybdeendisulfide (MoS₂) monster, om te meten hoeveel informatie SE-beeldvorming uit de oppervlakte- en ondergrondse lagen kan halen. Door twee lagen MoS te stapelen₂Met behulp van deze techniek maakten ze onderscheid tussen de oppervlaktelaag en de tweede laag.

De onderzoekers ontdekten dat SE-beeldvorming met atomaire resolutie effectief is bij het identificeren van atomaire arrangementen aan het oppervlak met extreem hoge oppervlaktegevoeligheid. Uit hun bevindingen bleek dat de intensiteit van SE-beelden van de oppervlaktelaag ongeveer drie keer hoger was dan die van de tweede laag, wat een sterk bewijs leverde van de gevoeligheid van de methode.

SE-afbeeldingen met atomaire resolutie van een enkellaags MoS₂ Het monster onthulde verbluffende honingraatachtige structuren bestaande uit molybdeen- en zwavelatomen. Naast de visuele aantrekkingskracht onthulde SE-beeldvorming overlappende patronen, wat duidde op verschillende atomaire arrangementen in het oppervlak en de tweede lagen.

“Het meest opvallende was dat de SE-opbrengst van de oppervlaktelaag ongeveer drie keer groter was dan die van de tweede laag”, legt Koh Saitoh, hoofdauteur en onderzoeker aan het Institute of Materials and Systems Sustainability (IMASS) van Nagoya University uit. “Dit resultaat suggereert dat de oppervlaktelaag SE’s van de tweede laag absorbeert of verstrooit. Deze absorptie draagt ​​bij aan de dieptegevoeligheid van de methode.”

Het doel van de groep is om SE-beeldvorming met atomaire resolutie te gebruiken om de oppervlaktestructuur op atomair niveau zichtbaar te maken, inclusief oppervlaktereconstructie en andere unieke structuren gevormd op oppervlakken. Om de groei, de fabricage en de elektronische en mechanische eigenschappen van nanomaterialen te beheersen, is het begrijpen van deze processen essentieel.