Voor het eerst heeft elektronenmicroscopie het oppervlak van een metaaloxidekristal op atomaire schaal in beeld gebracht. Berkeley-onderzoekers hopen zo beter te begrijpen hoe zo’n oppervlak op zijn omgeving reageert, bijvoorbeeld wanneer je het als katalysator gebruikt.

De gebruikte techniek heet HRSEM, wat staat voor high-resolution scanning electron microscopy. Hierbij kijk je naar ‘secundaire’ elektronen die afkomstig zijn uit het materiaal en daar door de elektronenbundel van de microscoop uit worden gedrukt.

Die elektronen komen niet alleen uit de toplaag maar ook een deel van de bulk van het kristal daaronder, dus in theorie moet je beide lagen te zien krijgen en vooral ook de manier waarop ze ten opzichte van elkaar liggen. Maar de signalen van die verschillende lagen lopen uiteraard door elkaar heen en tot nu toe lukte het nooit goed om te beoordelen wat wat was.

‘We misten een volledige theoretische onderbouwing van de manier waarom SEM-beelden op atomaire schaal ontstaan’, zo vat eerste auteur Jim Ciston het samen.

In Nature Communications presenteren hij en zijn collega’s nu een poging om dat gemis goed te maken, met behulp van dichtheidsfunctionaaltheorie en computersimulaties die voorspellen welke valentie-elektronen zullen loskomen uit welke orbitalen van de verschillende atoomkernen.

Ze probeerden het uit met een (001) kristaloppervlak van strontiumtitanaat (SrTiO₃) en concluderen dat hun theoretische voorspelling inderdaad een plausibele interpretatie van de experimentele HRSEM-plaatjes oplevert. Extra opnames met een geavanceerde vorm van high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), die er letterlijk onder een andere hoek tegenaan kijkt, ondersteunen die conclusie.

Er kwam trouwens ook uit dat de structuur van dit kristaloppervlak heel apart is en dat eerdere theoretische beschrijvingen er allemaal naast lijken te hebben gezeten.

bron: Berkeley Lab