Los investigadores de microscopía electrónica en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía han desarrollado una forma única de construir estructuras tridimensionales con formas finamente controladas tan pequeñas como de una a dos billonésimas de metro.
El estudio ORNL publicado en la revista pequeño demuestra cómo los microscopios electrónicos de transmisión de barrido, normalmente utilizados como herramientas de imagen, también son capaces de esculpir con precisión características tridimensionales de tamaño nanométrico en materiales de óxido complejos.
Al ofrecer precisión de plano atómico único, la técnica podría encontrar usos en la fabricación de estructuras para dispositivos funcionales a nanoescala como microchips. Las estructuras crecen epitaxialmente o en perfecta alineación cristalina, lo que garantiza que las mismas propiedades eléctricas y mecánicas se extiendan por todo el material.
"Podemos hacer cosas más pequeñas con formas más precisas", dijo Albina Borisevich de ORNL, quien dirigió el estudio. "El proceso también es epitaxial, lo que nos da un control mucho más pronunciado sobre las propiedades de lo que podríamos lograr con otros enfoques".
Los científicos de ORNL descubrieron el método cuando estaban imaginando una película delgada de titanato de estroncio imperfectamente preparada. La muestra, que consiste en un sustrato cristalino cubierto por una capa amorfa del mismo material, se transformó cuando el haz de electrones lo atravesó. Un equipo deEl Instituto de Imágenes Funcionales de Materiales de ORNL, que une a científicos de diferentes disciplinas, trabajó en conjunto para comprender y explotar el descubrimiento.
"Cuando expusimos la capa amorfa a un haz de electrones, pareció empujarla hacia la adopción de su estado cristalino preferido", dijo Borisevich. "Hace exactamente eso donde está el haz de electrones".
El uso de un microscopio electrónico de transmisión de exploración, que pasa un haz de electrones a través de un material a granel, distingue el enfoque de las técnicas de litografía que solo modelan o manipulan la superficie de un material.
"Estamos usando un control fino de la viga para construir algo dentro del sólido", dijo Stephen Jesse de ORNL. "Estamos haciendo transformaciones que están enterradas en lo profundo de la estructura. Sería como hacer un túnel dentro de una montaña para construiruna casa."
La técnica ofrece un acceso directo a los investigadores interesados en estudiar cómo cambian las características de los materiales con el grosor. En lugar de obtener imágenes múltiples de diferentes anchos, los científicos podrían usar el método de microscopía para agregar capas a la muestra y observar simultáneamente lo que sucede.
"Toda la premisa de la nanociencia es que, a veces, cuando se encoge un material, presenta propiedades que son muy diferentes al material a granel", dijo Borisevich. "Aquí podemos controlar eso. Si sabemos que existe una cierta dependencia del tamaño,podemos determinar exactamente dónde queremos estar en esa curva e ir allí "
Los cálculos teóricos en la supercomputadora Titan de ORNL ayudaron a los investigadores a comprender los mecanismos subyacentes del proceso. Las simulaciones mostraron que el comportamiento observado, conocido como un proceso de activación, es consistente con el haz de electrones que transfiere energía a átomos individuales en el material en lugar de calentarun área del material.
"Con el haz de electrones, estamos inyectando energía en el sistema y empujando hacia donde iría por sí mismo, con el tiempo suficiente", dijo Borisevich. "Termodinámicamente quiere ser cristalino, pero este proceso lleva mucho tiempo en la habitacióntemperatura."
El estudio se publica como "Escultura a nivel atómico de óxidos cristalinos: hacia la nanofabricación a granel con precisión de plano atómico único".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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