Стало возможным изготовление трехмерных сложных металлических структур в наномасштабе

Изготовление множества объектов, машин и устройств вокруг нас основывается на управляемой деформации металлов в ходе промышленных процессов, таких как сгибание, резание и штампование.

Можно ли перенести эту технологию в наномасштаб? Удастся ли нам построить не менее сложные машины и устройства, измеряемые нанометрами?

Ученые из университета Аалто (Финляндия) и Вашингтонского университета (США) доказали, что это возможно. Комбинируя ионную обработку и субмикронную литографию, им удалось создать сложные трехмерные структуры в наномасштабе.

Открытие следует за поиском понимания нерегулярного сворачивания тонких металлических пленок после обработки травлением реактивными ионами.

«Мы весьма озадачились зависимыми от ширины искривлениями металлических полос. Обычно изначально напряженные двухслойные металлы подобным образом не сворачиваются», пояснила Хаттия Шалапат из университета Аалто.

Ребус стал распутываться, когда Шалапат совместно с доктором Хуа Цзян заметила, что пик титана отсутствовал на изображениях энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX Spectra) свернутых двойных слоев титана и алюминия.

Дальнейшие эксперименты в лаборатории подтвердили, что полосы загибаются вверх с сильными искривлениями по ширине, если нижний слой полос сделан более реактивным к ионам, чем верхний.

В природе подобные геометрические эффекты имеют место в самоорганизации, непосредственно видимой невооруженным глазом. Например, если разрезать сочный стебель одуванчика на маленькие полосы и поместить их в воду, они свернутся с заметными искривлениями по ширине вследствие разницы в поглощении воды между внешними и внутренними сторонами стебля.

„Наша идея состояла в том, чтобы найти способ приспособить эти естественные процессы к нанопроизводству. Это привело нас к открытию, в рамках которого сфокусированный ионный луч может в локальном масштабе вызвать изгиб с наномасштабным разрешением“.

Технология может применяться в процессе изготовления наномасштабных устройств. Структуры удивительно эластичны: ученые установили, что они были весьма крепкими и прочными под действием множества неблагоприятных условий, включая электростатическую разрядку и нагревание.

Поскольку структуры настолько малы, сцепление и величина типичных наномасштабных сил, действующих на них, были бы малы соразмерно, отметил доцент Сорин Параоану.

„Что касается применения, мы показали пока, что эти структуры могут захватывать и сохранять частицы с расширениями микрометрового порядка. Однако мы полагаем, что видим лишь верхушку айсберга: всесторонняя теория ионовспомогательных самосборных процессов пока еще не достигнута“, сообщил Параоану.

Результаты исследования опубликованы в издании Advanced Materials.

22.10.2012