ایجاد ساختارهای 3 بعدی در مقیاس اتمی با تکنیک جدید در میکروسکوپ الکترونی

[arisff]

محققان میکروسکوپ الکترونی در دپارتمان انرژی در آزمایشگاه ملی Oak Ridge ، روش منحصر بفردی جهت ایجاد ساختارهای سه بعدی با اشکال کاملا کنترل شده به کوچکی 1 تا 2 نانومتر ، را توسعه داده اند.

مطالعات (ORNL (Oak Ridge National Laboratory که در ژورنال Small منتشر شده، نشان می دهد که چگونه میکروسکوپ الکترونی عبوری که بطور متداول برای تصویربرداری استفاده می شود؛ همچنین قادر به شکل دهی دقیق به اجسام سه بعدی نانو متری در ترکیبات اکسیدی هست.

این روش با ارائه دقتی در حد تک اتم، میتواند استفاده هایی در جهت ساخت ساختارهای کاربردی نانومتری مانند میکروچیپ، داشته باشد. ساختارها بصورت همبافته یا در نظم کامل کریستالی، رشد می کنند که این مسئله، موجب بروز مشخصات یکسان الکتریکی و مکانیکی در کل ماده می شود.

آلبینا بریسویچ (محقق ORNL) که رهبری مطلالعه را برعهده دارد؛ میگوید: "ما میتوانیم چیزهای کوچکتر بادقت هندسی بالاتری بسازیم. این تکنیک همچنین بصورت رشد همبافته است که ما را قادر به کنترل بیشتر در مشخصاتی می کند که در روش های دیگر نمی توانستیم.

این روش برای دانشمندان ORNL زمانی روشن شد که درحال تصویربرداری از یک لایه نازک از تیتانات استرانسیوم نیمه آماده بودند. نمونه که شامل یک زیرلایه بلوری بود و توسط لایه ای آمورف از همان ماده پوشیده شده بود، و در حین عبور پرتوی الکترونی از درون آن تغییر پیدا کرد. تیم "تصویربرداری کاربردی از مواد" از موسسه ORNL که محققانی از رشته های مختلف را گردهم آورده بود، برای درک و بهره برداری از این کشف با یکدیگر همکاری کردند.

بریسویچ : " زمانی که ما لایه های آمورف را در معرض پرتوی الکترونی قرار دادیم، به نظر می رسید که ما آن را وادار به انطباق با حالت بلوری ترجیحی اش کردیم. و این دقیقاً در جاهایی انجام شد که پرتوی الکترونی وجود داشت."

استفاده از میکروسکوپ الکترونی عبوری، که یک پرتوی الکترونی را از داخل یک توده ماده عبور می دهد، این روش را از تکنیک لیتوگرافی، که فقط سطح مواد را دستکاری و الگودهی می کند، مجزا ساخت.

استفان جس : " ما از کنترل دقیق پرتوی الکترونی برای ساخت چیزهایی در داخل خود جامد، استفاده می کنیم. ما تغییرشکل هایی ایجاد میکنیم که در عمق داخل ساختار مدفون است ، مانند اینکه برای ساخت یک خانه ، تونلی در داخل کوه حفر کنید"

این تکنیک یک گزینه میانبر برای محققانی است که علاقمند به مطالعه چگونگی تغییر رفتار مواد با تغییر در ضخامتشان ، هستند. بجای تصویربرداری از نمونه هایی با عرض های مختلف، محققان می توانند از روش میکروسکوپی برای اضافه کردن لایه ها به نمونه و مشاهده همزمان اتفاقات ، استفاده کنند.

بریسویچ : " فرض کلی در علوم نانو آن است که بعضی اوقات با کوچک کردن ابعاد ماده، آن ماده ، مشخصاتی بروز می دهد که با آنچه در حالت توده وجود دارد، بسیار متفاوت است. زمانی که ما بدانیم یک وابستگی خاصی به اندازه وجود دارد، ما میتوانیم دقیقا مشخص کنیم که میخواهیم کجای آن منحنی باشیم و به آنجا برویم."

محاسبات تئوری انجام گرفته با ابرکامپیوتر تیتان در موسسه ORNL، در درک مکانیزم های زیربنایی فرآیند به محققان کمک کرد. محاسبات نشان داد که رفتار مشاهده شده که با عنوان فرآیند "knock on" شناخته می شود، بر انتقال انرژی پرتوی الکترون به اتم های مجزا داخل ماده در ارتباط است تا با گرم شدن ناحیه ای از ماده.

بریسویچ : " بوسیله پرتو الکترونی ، ما انرژی را درست در جایی که باید، به درون سیستم تزریق می کنیم ، انرژی ای که در غیر این صورت با داشتن زمان کافی به صورت خودبخودی حرکت میکرد. از نظر ترمودینامیکی، ماده میخواهد که به حالت بلوری باشد ولی این فرآیند زمان زیادی در دمای اتاق ، طول می کشد."

این مطالعه تحت عنوان زیر منتشر شده است:
"Atomic-level sculpting of crystalline oxides: towards bulk nanofabrication with single atomic plane precision."

منبع خبر : phys.org
منبع مقاله: www.small-journal.com