O MIT.nano adicionou um novo instrumento de difração de raios X (DRX) ao seu conjunto de ferramentas de caracterização, ampliando a capacidade dos usuários das instalações de analisar materiais em nanoescala. Embora existam muitos sistemas de DRX no campus do MIT, este novo instrumento, o Bruker D8 Discover Plus, é único por apresentar uma fonte de raios X de cobre de microfoco de alta intensidade — ideal para medir pequenas áreas de amostras de filmes finos usando um detector de grande área.

O novo sistema está localizado dentro da instalação experimental compartilhada de difração e imagem de raios X (SEF) da Characterization.nano, onde instrumentação avançada permite que pesquisadores "vejam dentro" de materiais em escalas muito pequenas. Aqui, cientistas e engenheiros podem examinar superfícies, camadas e estruturas internas sem danificar o material, e criar imagens 3D detalhadas para mapear a composição e a organização. As informações coletadas estão apoiando a pesquisa de materiais para aplicações que vão desde eletrônica e armazenamento de energia até saúde e nanotecnologia.

“O instrumento da Bruker é uma importante adição ao MIT.nano que ajudará os pesquisadores a obterem informações sobre a estrutura e as propriedades de seus materiais de forma eficiente”, afirma Charlie Settens, especialista em pesquisa e gerente de operações do setor de difração e imagem de raios X do Characterization.nano. “Ele traz recursos de difração de alto desempenho para o nosso laboratório, dando suporte a tudo, desde a identificação rotineira de fases até análises microestruturais complexas de filmes finos e estudos em altas temperaturas.”

Quando as pessoas pensam em raios X, geralmente imaginam imagens médicas, onde estruturas densas como ossos aparecem em contraste com tecidos moles. A difração de raios X leva esse conceito adiante, revelando a estrutura cristalina dos materiais ao medir os padrões de interferência que se formam quando os raios X interagem com os planos atômicos. Esses padrões de difração fornecem informações detalhadas sobre a fase cristalina de um material, tamanho do grão, orientação do grão, defeitos e outras propriedades estruturais.

A difração de raios X (DRX) é essencial em diversas áreas. Engenheiros civis a utilizam para analisar os componentes de misturas de concreto e monitorar as alterações dos materiais ao longo do tempo. Cientistas de materiais projetam novas microestruturas e rastreiam como os arranjos atômicos se modificam com diferentes combinações de elementos. Engenheiros elétricos estudam a deposição de filmes finos cristalinos em substratos — um processo crucial para a fabricação de semicondutores. O novo difratômetro de raios X do MIT.nano dará suporte a todas essas aplicações e muito mais.

“A adição de mais um difratômetro de raios X de alta resolução tornará muito mais fácil conseguir tempo de uso dessas ferramentas tão populares”, diz Fred Tutt, estudante de doutorado no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais do MIT. “A ampla variedade de opções do novo Bruker também facilitará para mim e para os membros do meu grupo a realização de algumas medições mais atípicas que não são facilmente acessíveis com as ferramentas de difração de raios X atuais.”

Substituindo dois sistemas mais antigos, o Bruker D8 Discover Plus introduz a mais recente tecnologia de difração de raios X no MIT.nano, juntamente com diversas melhorias importantes para as instalações do Characterization.nano. Uma das principais características é a fonte de raios X de cobre de microfoco de alta intensidade, capaz de produzir raios X intensos a partir de um ponto focal pequeno — variando de 2 mm a 200 mícrons.

Outro destaque é a difração de raios X no plano, uma técnica que permite estudos de difração de superfície em filmes finos com orientações de grãos não uniformes.

“A difração de raios X planar (XRD) combina bem com muitos projetos de filmes finos que começam na fábrica”, diz Settens. Depois que os pesquisadores depositam revestimentos de filmes finos na sala limpa do MIT.nano, eles podem medir seletivamente os 100 nanômetros superiores da superfície, explica ele.

Mas não se trata apenas de coletar padrões de difração. O novo sistema inclui um poderoso pacote de software para análise avançada de dados. Cox e Settens estão agora treinando usuários em como operar o difratômetro, bem como em como analisar e interpretar os valiosos dados estruturais que ele fornece.

Visite Characterization.nano para obter mais informações sobre esta e outras ferramentas.