Исследователи Национального Института Стандартов и Технологии США (NIST) и Университета им. Джонса Хопкинса (The Johns Hopkins University) сконструировали уникальный прибор для исследования свойств новых материалов. Прибор имеет беспрецедентную чувствительность и быстродействие, что позволяет использовать его в экспресс-анализе наноматериалов в лабораторных и промышленных образцах.

Новый прибор, получивший название MACS – Multi-Axis Crystal Spectrometer (Много-осевой кристалл-дифракционный спектрометр), представляет собой вариант, производный от других штатных спектрометров, которые имеет NIST в центре нейтронных исследований. Также, как и в других приборах подобного типа, образец материала облучается пучком нейтронов с низкой кинетической энергией, которые рассеиваются атомной решеткой материала образца в специфических направлениях и со специфическими скоростями, что и характеризует структуру и организацию атомов в материале. Анализ рассеяния нейтронов может многое сказать о физических свойствах материала, однако прежние спектрометры весьма ограничены размерами образцов (которые должны быть достаточно большими) и диапазонами режимов тестирования.

Вид сверху на много-осевую систему детекторов спектрометра MACS (Фото: Robert Rathe).

По словам проф. Колина Брохольма (Collin Broholm) из Университета им. Джонса Хопкинса, именно эти ограничения и являются критичными в нанотехнологии, поскольку зачастую наноматериалы получают в очень небольших количествах, например, 4–5 мг, а испытания необходимо провести по всей возможной шкале. В большинстве случаев в предыдущих спектрометрах минимальная масса образцов из магнитных материалов составляет порядка 80 мг.

MACS не только способен преодолеть эти ограничения, но и, благодаря уникальной конструкции, может дать дополнительные возможности. Используя MACS можно получить детальную информацию, например, о магнитных свойствах материала даже используя образец нано-структурированной тонкой пленки. Многие спектрометры имеют только один «канал» для регистрации, в то время как у MACS 20 детекторов, расположенных полукругом за площадкой с образцом. Проф. Брохольм, на основании подобных геометрических соображений, очень точно сравнивает прибор с широкоугольным объективом высокого разрешения. Такие конструктивные решения могут быстро сделать этот новый прибор важным инструментом ученых, которым необходимо быстро принять решение о том, какой материал должен быть выращен следующим.

Новый прибор будет запущен в штатную эксплуатацию приблизительно через 6 месяцев после тщательной юстировки и доводки, которую осуществляет группа проф. Колина Брохольма. Разработка спектрометра MACS производится при поддержке Национального Фонда научных исследований (National Science Foundation) США.

Евгений Биргер