Forbedret sputter-udbytte fra enkelt-ion-påvirkninger på guld nanorods

Producenter af stadigt mindre computerchips, transistorer og andre produkter skal tage særligt hensyn til forskningsresultater ved University of Huddersfield. Konsekvenserne er, at en nøgleproces, der bruges til at transformere egenskaberne af materialer i nanoskala, kan forårsage meget større skade end tidligere indset.

Universitetet er hjemsted for Electron Microscopy and Materials Analysis Research Group (EMMA), ledet af professor Stephen Donnelly. Det har en avanceret facilitet ved navn MIAMI, som står for Microscope and Ion Accelerators for Materials Investigation. Det bruges til at bombardere materialer med ionstråler og til at undersøge effekterne på nanoskala.

Under et nyligt eksperiment udført af holdet, herunder forskningsstipendiat Dr. Graeme Greaves, en række guld nanorods - tusind gange mindre end et menneskehår - blev bestrålet med xenon-atomer. De var et godt emne for eksperimentet, fordi nanotråde eller stænger har et stort overfladeareal.

Resultaterne var dramatiske. "Vi håbede på at generere bobler. Vi fandt faktisk ud af, at vi eroderede nanotrådene, " sagde Dr Greaves.

Og erosionshastigheden - målt i form af "forstøvningsudbytte", eller hvor mange atomer der kommer ud af stof for hvert indkommende atom - var langt forud for forventningerne.

Sputteringsudbyttet af et normalt stykke fladt guld bør være af størrelsesordenen 50 atomer pr. ion, " sagde Dr. Greaves. "I tilfælde af stænger forventede vi, at det ville være større, fordi geometrien er meget reduceret. Vi regnede ud, at det skulle være højere med en faktor fire, eller noget i den rækkefølge. Men vi fandt faktisk ud af, at den største værdi, der blev målt, var et forstøvningsudbytte på tusind - en faktor 20."

Resultaterne var så dramatiske, at Huddersfield-holdet søgte bekræftelse. De bad professor Kai Nordlund (billedet til højre) fra Helsinki Universitet om at køre en simulering af molekylær dynamik, skabe en virtuel guld nanorod. Finnerne var i stand til at kopiere Huddersfield-fundene.

Nu er eksperimentet genstand for en artikel i det førende tidsskrift Physical Letters Review, af Dr. Greaves er hovedforfatteren.

"Forskning har betydelige konsekvenser, især til medicin, " sagde Dr Greaves.

"Flere og flere mennesker arbejder på nanostrukturer til praktiske anvendelser. Guld nanopartikler kan bruges til tumordetektion, optimering af biodistributionen af ​​lægemidler til syge organer og en strålebehandlingsdosisforstærker.

"Komponenter af computerchips er meget små i dag – i størrelsesordenen 20 nanometer og bliver mindre – og ionstråler bruges til at ændre egenskaberne af disse materialer. Vores forskning viser, at du skal være meget forsigtig med mængden af ​​skader, der evt. være færdig."