De mindste ufuldkommenheder har stor indflydelse på nanomønstrede materialer

Et forskerhold ved Clarkson University rapporterer en interessant konklusion, der kan få store konsekvenser for fremtiden for nanoproduktion. Deres analyse for en model af processen med tilfældig sekventiel adsorption (RSA) viser, at selv en lille upræcision i placeringen af ​​gitterlandingsstederne kan dramatisk påvirke tætheden af ​​det permanent dannede depositum.

Med fremkomsten af ​​nanoteknologi, ikke kun kan vi aflevere små partikler, men målfladerne eller substraterne kan skræddersys til at styre de resulterende strukturer.

Denne artikel omhandler den præcision, der skal eksistere i mønsteret på målfladen, for at opnå høj perfektion og høj dækning i mønsteret af deponerede partikler. At gøre dette, den sammenligner RSA på tre typer overflader:et kontinuerligt (ikke-mønstret) gitter, en præcist mønstret overflade, og en overflade med små upræcisioner i mønsteret. Forskerne finder ud af, at meget små upræcisioner kan få RSA til at fortsætte, som om overfladen er kontinuerlig. Konsekvensen er, at aflejringsprocessen er mindre effektiv, og den ultimative dækning er meget lavere. I processen med RSA, en kontinuerlig overflade dækkes langsomt med en større brøkdel af arealet, der forbliver afdækket end en præcist gittermønstret overflade. Tidligere da overflader, hvorpå mikroskopiske partikler blev afsat, naturligt var flade (kontinuerlige) eller havde en gitterstruktur, betydningen af ​​små upræcisioner var ikke blevet anerkendt.

Forskerne forklarer deres analyse i denne uge i Journal of Chemical Physics .

Vladimir Privman ved Clarkson University har været involveret i at studere aspekter af sådanne systemer siden 2007; dog denne undersøgelse, gennemført med kandidatstuderende Han Yan, var den første til at overveje upræcisionen i lokaliseringen af ​​overfladegitterstedet, snarere end i partikelstørrelses -ensartetheden.

Oprindeligt foreslået ved computermodellering, deres resultater blev senere udledt af analytiske modelovervejelser, der er nye for forskningsområdet RSA.

"Den største vanskelighed var at forstå og acceptere det indledende numeriske fund, der foreslog resultater, der virkede kontraintuitive, "Privman forklaret." Når den var accepteret, vi kunne faktisk bekræfte de første fund, samt generalisere og systematisere dem ved analytiske argumenter. "

Formønstrede substrater er blevet undersøgt til applikationer lige fra elektronik til optik, til sensorer, og til rettet krystalvækst. De rapporterede resultater tyder på, at bestræbelser på præcis fast positionering og objektstørrelse i nanoproduktion kan være kontraproduktive, hvis de udføres som en del af dannelse af strukturer af RSA, under praktisk talt irreversible forhold. En vis grad af afslapning, at tillade objekter at "vrikke deres vej" til matchende positioner, kan faktisk være mere effektiv til at forbedre både densiteten og dannelseshastigheden for de ønskede tætte strukturer, Privman sagde.

Dette arbejde har konsekvenser, som teamet forbereder sig på at udforske.

"Nu hvor vi har indset, at ikke kun partikel-uensartethed, men også upræcision af substratmønster har betydelige virkninger på dynamikken i RSA-processen, vi vil begynde at studere forskellige systemer og mønstergeometrier, udvider ud over vores originale model, "Sagde Privman.