Nanomateriale overlader ioner

Ioner er et vigtigt værktøj i chipfremstilling, men disse elektrisk ladede atomer kan også bruges til at producere nanosier med homogent fordelte porer. Et særligt stort antal elektroner, imidlertid, skal fjernes fra atomerne til dette formål. Sådanne højtladede ioner mister enten en overraskende stor mængde energi eller næsten ingen energi overhovedet, når de passerer gennem en membran, der kun måler en nanometer i tykkelse. Forskere fra Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) og Wiener Tekniske Universitet (TU Wien) rapporterer i det videnskabelige tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve at denne opdagelse er et vigtigt skridt i retning af at udvikle nye typer elektroniske komponenter fremstillet af grafen.

Selvom højtladede ioner kun forårsager skade på et meget begrænset område af en materialoverflade, de gør det ekstremt effektivt. Dette gør dem til et ideelt værktøj til særlige opgaver, såsom perforering af ultratynde film af kulstof, der kun måler et nanometer i tykkelse (et nanometer =en milliontedel af en millimeter). Resultatet er en teknologisk anvendelig nanosigt, der kunne, for eksempel, adskille forskellige gasser.

"Bombarderende materiale med ioner kan sammenlignes med slående billardkugler, "ifølge Richard Wilhelm, doktorand ved HZDR. "En professionel spiller ved præcis i hvilken vinkel han skal slå bolden for at lykkes under sin tur. Ved at gøre det, spilleren beregner også den energi, der skal overføres af en bold til en eller flere af de andre bolde. "Ioner opfører sig på samme måde, når de kolliderer med atomer i materialet. Ionerne bremser gradvist på deres vej gennem et stort antal kollisioner og kontinuerligt mister energi - som en kugle, der trænger ind i en træstamme og derefter hviler der.

For et ultratyndt materiale, der kun består af få atomlag, denne analogi, imidlertid, er ikke relevant - som de spændende resultater viser fra de seneste eksperimenter ved Ion Beam Center i HZDR. Wilhelm og hans kolleger fra Dresden og Wien observerede for første gang i eksperimenter, at de højtladede ioner enten fløj gennem en nanomebran stort set upåvirket, eller mistede en forbløffende mængde energi ved at gøre det. Det blev tidligere antaget, imidlertid, at ioner altid taber den samme mængde energi i gennemsnit.

For overhovedet at kunne se denne nyopdagede effekt, membranen kan ikke være tykkere end et nanometer - kulstofmembranen, hængende frit fra en transportør, blev produceret ved universitetet i Bielefeld. Ud over, ionerne skal have en høj positiv ladning, hvilket betyder, at mange elektroner blev fjernet på forhånd. Tredobbelt ladede xenonioner blev brugt. To forskellige hændelser kan forekomme, når xenonionerne rammer den ultratynde membran. Mens en ion praktisk talt uhindret kan passere mellem kulstofatomer i nanomembranen, en anden ion kan kollidere med et af atomerne i materialet. Under sådan en kollision, den passerer gennem atomets elektronsky og suger de negativt ladede elektroner op. Denne elektronfangst fører næsten til neutralisering af ion, resulterer i en betydelig nedbremsning. Afhængigt af den vinkel, hvor ion fortsætter med at bevæge sig efter kollisionen, energitabet udgør op til ti procent.

"Vores eksperimenter viste for første gang, at energitabet i materialet afhænger betydeligt af ionernes ladningstilstand. Vi formoder et generelt forhold, som ikke tidligere kunne observeres med de sædvanlige tykkere materialer og i lavere ionladningstilstande, "forklarer HZDR -doktorand Wilhelm.

Graphene "Mirakelmaterialet"

Forskerne ved Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf og Vienna University of Technology (TU Wien) vil gerne arbejde med det lovende materiale af grafen som et næste trin. Graphen er kulstof, der kun er et atomlag tykt. Det besidder næsten eksotiske egenskaber, såsom ekstrem holdbarhed, mens den også er gennemsigtig og et metal. "Mange grupper rundt om i verden arbejder med grafen i øjeblikket, men kun meget få inkorporerer fremmede atomer i det todimensionale materiale. Hvis dette kunne gøres rutinemæssigt ved hjælp af ionimplantation, det kan føre til nye elektroniske komponenter med uventede muligheder, "forklarer Richard Wilhelm. Inden for HZDR's Ion Beam Center, flere faciliteter er tilgængelige til at generere højtladede ioner til eksperimenter med grafen. TU Wien, en langsigtet forskningspartner, er igen aktivt om bord.