Las superficies desempeñan un papel clave en numerosas reacciones químicas, incluidas la catálisis y la corrosión. Comprender la estructura atómica superficial de un material funcional es esencial tanto para ingenieros como para químicos. Investigadores de la Universidad de Nagoya en Japón utilizaron imágenes de electrones secundarios (SE) de resolución atómica para capturar la estructura atómica de las capas superiores de materia para comprender mejor las diferencias con respecto a sus capas inferiores. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista. Microscopía.
Algunos materiales exhiben una “reorganización de la superficie”, donde los átomos de la superficie se organizan de manera diferente a los átomos del interior. Observar esto, especialmente a nivel atómico, requiere técnicas de detección de superficies.
Tradicionalmente, la microscopía electrónica de barrido (SEM) ha sido una herramienta eficaz para examinar estructuras a nanoescala. SEM funciona escaneando una muestra con un haz de electrones enfocado y capturando el SE emitido desde la superficie. Los SE generalmente se emiten desde poca profundidad debajo de la superficie, lo que dificulta la observación de fenómenos como la recristalización superficial, especialmente si solo está involucrada una capa nuclear.
Un equipo de investigación de la Universidad de Nagoya abordó este problema con el sistema funcional más simple, un disulfuro de molibdeno (MoS) de dos capas.2) para medir cuánta información las imágenes SE pueden extraer de las capas superficiales y subsuperficiales de la muestra. Al apilar dos capas de MoS₂, utilizaron la técnica para separar la capa superficial de la segunda capa.
Los investigadores descubrieron que las imágenes SE de resolución atómica son efectivas para identificar la disposición atómica de superficies con una sensibilidad superficial extremadamente alta. Sus hallazgos revelaron que la intensidad de las imágenes SE de la capa superficial era aproximadamente tres veces mayor que la de la segunda capa, lo que proporciona una fuerte evidencia de la sensibilidad del método.
Las imágenes SE de resolución atómica de una muestra de MoS₂ de una sola capa revelaron impresionantes estructuras en forma de panal compuestas de átomos de molibdeno y azufre. Más allá de su atractivo visual, las imágenes SE revelaron patrones superpuestos, lo que indica distintas disposiciones atómicas en la superficie y en las segundas capas.
“Lo más notable es que el rendimiento de SE de la capa superficial fue aproximadamente tres veces mayor que el de la segunda capa”, explicó el autor principal e investigador Koh Saitoh del Instituto de Sostenibilidad de Materiales y Sistemas (IMASS) de la Universidad de Nagoya. “Este resultado sugiere que la capa superficial absorbe o difunde los SE de la segunda capa. Esta absorción contribuye a la sensibilidad profunda del método”.
El objetivo del grupo es utilizar imágenes SE de resolución atómica para revelar la estructura de la superficie a nivel atómico, incluidas reconstrucciones de superficies y otras estructuras únicas formadas en la superficie. Para controlar el crecimiento, la fabricación y las propiedades electrónicas y mecánicas de los nanomateriales, es esencial comprender estos procesos.