Quando você rasga um saco de batatas fritas ou coloca um DVD, você provavelmente está colocando sua mão na deposição por pulverização catódica. Não, não corra para o sabonete.

A deposição por pulverização catódica é um processo industrial usado desde 1970 para pulverizar - pulverizar, isto é - filmes finos em vários suportes, como o revestimento metálico em sacos de batatas fritas, a superfície reflexiva em DVDs, ou a eletrônica em chips de computador.

Majoritariamente, o processo funciona muito bem. Em uma câmara de vácuo preenchida com um gás inerte, como argônio, alta tensão é aplicada a um ímã. Isso energiza o argônio, que, por sua vez, solta partículas de, dizer, metal de tungstênio de uma fonte próxima ao ímã para dentro da nuvem de gás. Alguns desses extremamente quentes, partículas carregadas de tungstênio disparam em alta velocidade através do argônio e se depositam no alvo, formando uma película fina.

Mas às vezes os revestimentos descascam ou o produto se dobra e racha, como se o filme fosse bem esticado antes de ser aplicado à superfície. Outros tempos, os filmes são muito ásperos. Por décadas, os cientistas ficaram perplexos - e os fabricantes, frustrados - sobre por que esses problemas acontecem.

Agora, pesquisadores da Universidade de Vermont e do Laboratório Nacional de Argonne, perto de Chicago, têm uma explicação:"são nanopartículas, "diz Randy Headrick, professor de física na UVM, "colando e puxando juntos."

A descoberta, liderado pelo aluno de graduação de Headrick, Lan Zhou, foi publicado em 10 de agosto na revista Revisão Física B .

Usando raios-x de alta potência, a equipe mediu o tamanho das partículas de tungstênio depositadas em um alvo e ficou surpresa. Acima de uma pressão crítica no gás argônio (oito milionésimos de uma atmosfera), o tamanho saltou de repente. Em vez de átomos únicos ou moléculas de vários átomos - como seria de se esperar em altas temperaturas, ambiente de alta velocidade de uma câmara de pulverização catódica - eles detectaram bolhas relativamente gigantescas de centenas de átomos:o que os pesquisadores chamam de "agregação de nanopartículas".

"É uma condensação, como nuvens, como névoa, "diz Headrick, "isso é algo que realmente não esperávamos."

Essas nanopartículas se unem e se fundem, esticando o filme à medida que minúsculos "nano-vazios" entre as partículas são eliminados. Isso pode criar tensão em filmes finos fortes o suficiente para puxar wafers eletrônicos em forma de copo ou aspereza que distorce os revestimentos delicados das lentes ópticas.

"Ninguém percebeu que na fase gasosa você poderia produzir uma partícula tão grande, "diz Al Macrander, um físico do Argonne National Laboratory e um co-autor do artigo. "Eles são altamente energizados, então é contra-intuitivo que eles fiquem - por causa de sua velocidade, "ele diz. Mas eles fazem isso.

Na câmara de deposição de pulverização catódica, "as partículas começam com temperaturas em torno de dez mil graus, "Randy Headrick da UVM explica. Mas mesmo enquanto eles estão se movendo no gás, eles esfriam um pouco e "uma vez que esfriam, " ele diz, "eles querem voltar a ser sólidos."

"Isso tem grandes implicações, "Macrander diz, "para muitos setores, não apenas a ótica. "Por sua vez, as novas descobertas provavelmente ajudarão a acelerar a criação de lentes avançadas de raios-X que ele tem ajudado a desenvolver.

Até aqui, os esforços para fazer essas lentes não tiveram sucesso, uma vez que o processo de deposição por pulverização catódica produziu revestimentos que ainda são muito ásperos com muita tensão - apesar de usar técnicas de ponta.

"Essas lentes se destinam a focalizar feixes de raios-X em dimensões menores do que nunca, " ele disse, "até um nanômetro." Para fazer essas lentes, são necessárias mais de mil camadas de filme fino. "O estresse aumenta e se torna um problema, " ele diz.

O novo insight da equipe sobre a física básica da deposição catódica aponta o caminho para uma solução, mas a equação é complexa. "Se você deseja obter superfícies realmente lisas, você tem que depositar em pressões de argônio mais baixas, "diz Lan Zhou da UVM. Mas com essa pressão muito baixa, as partículas atingem com tal velocidade que os filmes finos querem se expandir, criando o problema oposto ao separar os filmes.

"A questão ainda está em aberto:o que você faz para fazer um filme sem estresse e o mais suave possível?" diz Headrick.

"Pelo menos agora entendemos o que está acontecendo, "diz Zhou, "para que as pessoas possam tentar otimizar as condições de deposição do filme, para estrutura e rugosidade. "

Ainda, quais são os problemas em um aplicativo pode ser um benefício em outros. "Há muito mais nesta descoberta do que o revestimento de lentes, "diz Headrick, "existem muitos tipos de materiais onde você deseja fazer nanopartículas, como alguns tipos de conversores catalíticos ou células solares. Essa pode ser uma boa maneira de fazer nanopartículas de maneira barata. "

Mas o custo de descobrir isso foi alto. "Levamos anos para entendermos, "diz Zhou, com o sorriso um pouco desgastado que os alunos de PhD usam melhor, "era difícil pensar em partículas agregadas se formando no meio de um fluxo."