p Uma equipe de pesquisadores de cientistas da fusão conseguiu desenvolver uma "técnica de escultura em nanoescala" para fabricar um filme ultrafino afiando uma amostra de tungstênio com um feixe de íons focalizado. Isso permite a observação em escala nano de uma seção transversal muito perto da superfície superior da amostra de tungstênio usando um microscópio eletrônico de transmissão. A técnica de escultura desenvolvida por esta pesquisa pode ser aplicada não apenas ao tungstênio, mas também a outros materiais duros. p Materiais endurecidos, como metais, carbonos e cerâmicas são usados ​​em automóveis, aeronaves e edifícios. Em um estudo de reator de fusão, tungstênio, que é um dos materiais de metal mais duros, é o candidato mais provável para o material de armadura do dispositivo que recebe o calor do plasma / carga de partículas. Este dispositivo é denominado divertor. Em qualquer material endurecido, danos ou defeitos à escala nanométrica podem ser formados muito perto da superfície superior dos materiais. Para prever a vida útil do material, é necessário conhecer os tipos de danos e seus perfis de profundidade em um material. Para fazer isso, devemos observar uma seção transversal da região muito perto da superfície superior do material no nível da nanoescala.

p Para a observação da estrutura interna dos materiais em escala nanométrica, microscópio eletrônico de transmissão (TEM), em que elétrons acelerados são transmitidos através dos materiais alvo, é comumente usado como uma ferramenta poderosa. A fim de observar uma seção transversal muito perto da superfície superior do tungstênio com TEM, primeiro extraímos um pequeno pedaço da amostra de tungstênio de sua superfície e, em seguida, fabricamos um filme ultrafino cortando a amostra extraída. A espessura do filme deve ser inferior a ~ 100 nm para obter alta resolução devido à alta transmissão do feixe de elétrons. Contudo, tem sido extremamente difícil fabricar um filme ultrafino para materiais duros como o tungstênio. Portanto, tem sido quase impossível obter o nível de espessura de ~ 100 nm usando técnicas convencionais de fabricação de filme fino.

p A equipe de pesquisa do Dr. Masayuki Tokitani e Daisuke Nagata e outros do National Institutes of Natural Sciences (NINS) do National Institute for Fusion Science (NIFS) desenvolveram uma técnica de fabricação em escala nanométrica superior para tungstênio, usando um feixe de íons focalizado - dispositivo de feixe de elétrons (FIB-SEM). Eles chamam essa técnica de "técnica de escultura em nanoescala". O dispositivo FIB-SEM nos permite cortar materiais irradiando-os com um feixe de íons Ga focado de ~ 30 nm de diâmetro. A equipe de pesquisa já havia tentado fabricar um filme ultrafino afiando um pequeno pedaço de tungstênio com FIB-SEM. Contudo, eles tiveram o problema de que a superfície superior foi infelizmente perdida porque a intensidade do feixe tinha que ser relativamente forte para o tungstênio duro. Para resolver este problema, eles agora produziram uma operação especial de feixe de Ga para manter a superfície superior ajustando as posições e direções de irradiação do feixe. Eles também aumentam gradualmente a nitidez da região próxima à superfície, criando uma forma que se torna mais fina em direção à parte inferior. Consequentemente, eles obtêm um filme ultrafino com a espessura de ~ 100 nm ou menos e com a superfície superior permanecendo intacta.

p Na imagem obtida pela observação TEM do filme ultrafino fabricado, podemos identificar claramente o dano ao nível atômico formado próximo à superfície superior da amostra de tungstênio. Assim, a "técnica de escultura em nanoescala" desenvolvida por esta equipe de pesquisa torna possível observar um corte transversal próximo à superfície superior da amostra de tungstênio em escala atômica. Esta técnica de escultura pode ser aplicada não apenas ao tungstênio, mas também a outros materiais duros, como ligas endurecidas e cerâmicas. Atualmente, estamos considerando esta técnica de escultura para aplicação na indústria automotiva.