Un meteorito que impacta la tierra bajo un ángulo de incidencia de pastoreo puede causar mucho daño; puede recorrer un largo camino, tallando una zanja en el suelo hasta que finalmente penetre en la superficie. El sitio del impacto puede vaporizarse, puede habergrandes áreas de tierra fundida. Todo lo que queda es un cráter, algunos escombros y un extenso rastro de devastación a ambos lados del sitio de impacto.
Golpear una superficie con iones pesados y de alta energía tiene efectos bastante similares, solo que a una escala mucho más pequeña. En TU Wien Viena, el profesor Friedrich Aumayr y su equipo han estado estudiando las estructuras microscópicas que se forman cuando los ionesse disparan contra cristales en ángulos oblicuos de incidencia.
trincheras y crestas
"Cuando observamos la superficie del cristal con un microscopio de fuerza atómica, podemos ver claramente las similitudes entre los impactos de iones y los impactos de meteoritos", dice Elisabeth Gruber, estudiante de doctorado en el equipo de Friedrich Aumayrs. "Al principio, el proyectil,rascando la superficie en un ángulo de pastoreo, cava una zanja en la superficie del cristal, que puede tener cientos de nanómetros de largo. Aparecen extensas crestas a cada lado de la zanja, que consisten en pequeñas estructuras llamadas nanohillocks ". Cuando el proyectil finalmente entra en el cristaly desaparece, se crea una colina especialmente grande en el sitio del impacto. Más allá de eso, el ion sigue moviéndose debajo de la superficie, hasta que finalmente se detiene.
Esto puede sonar simple y obvio, como si los iones de alta energía se comportaran como pequeñas balas cargadas eléctricamente. Pero, de hecho, no es del todo evidente que los objetos en una escala nano se comporten como los objetos macroscópicos. Cuando los átomos intercambianenergía, la física cuántica siempre juega un papel importante.
"Cuando los iones de alta energía interactúan con las superficies de cristal - fluoruro de calcio, en nuestro caso - muchos efectos físicos diferentes deben tenerse en cuenta", dice Friedrich Aumayr. "Los electrones pueden cambiar su estado de energía, pueden intercambiarenergía con átomos a su alrededor y excitar las vibraciones en la red cristalina, los llamados fonones. Tenemos que considerar cuidadosamente todos estos efectos cuando queremos entender cómo se crean las nanoestructuras en la superficie del cristal ".
Fusión y evaporación
Para comprender el mecanismo que conduce a las nano-trincheras y los montículos, el equipo desarrolló extensas simulaciones por computadora, junto con colegas de Alemania. "De esa manera podemos determinar cuántas partes diferentes de la superficie del cristal se calientan".dice Elisabeth Gruber: "Hay regiones que se calientan tanto que el material se derrite, en ciertos puntos puede incluso evaporarse. Cuando sabemos cuán grandes son estas regiones, podemos predecir con mucha precisión cómo serán las nanoestructuras en la superficie del cristal"."
El objetivo de esta línea de investigación no es solo comprender cómo se pueden crear nanoestructuras a medida. También es importante descubrir cómo los diferentes materiales son dañados por el bombardeo de iones pesados. "El fluoruro de calcio a menudo se usa como aislante en la tecnología de semiconductores", dice Friedrich Aumayr." Queremos que nuestros dispositivos electrónicos funcionen, incluso en condiciones extremas, por ejemplo, en un satélite que esté expuesto a la radiación cósmica ". Cuando la capa de fluoruro de calcio está llena de pequeños agujeros, puede hacer que el dispositivo se acortecircuito y falla. Por lo tanto, es vital comprender la interacción de las superficies de cristal y los iones rápidos.
También se pueden lograr efectos muy similares usando iones altamente cargados, como lo muestra el grupo vienés en otro documento que será aceptado para publicación en Cartas de revisión física : AS El-Said et al., Afinando la fabricación de nanoestructuras por iones altamente cargados de baja energía, Cartas de revisión física aceptado para publicación 24.08.2016.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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