p Para modificar uma superfície de metal na escala de átomos e moléculas - por exemplo, para refinar a fiação em chips de computador ou a prata reflexiva em componentes ópticos - os fabricantes a regam com íons. Embora o processo possa parecer de alta tecnologia e preciso, a técnica foi limitada pela falta de compreensão da física subjacente. Em um novo estudo, Os engenheiros da Brown University modelaram bombardeios de íons de gás nobre com uma riqueza sem precedentes, fornecendo insights há muito procurados sobre como funciona. p "Padrões de superfície e tensões causadas por bombardeios de feixe de íons foram extensivamente estudados experimentalmente, mas não puderam ser previstos com precisão até agora, "disse Kyung-Suk Kim, professor de engenharia da Brown e co-autor do estudo publicado em 23 de maio no Anais da Royal Society A . "Espera-se que a nova descoberta forneça capacidade de projeto preditivo para controlar os padrões de superfície e tensões em produtos de nanotecnologia."

p O melhor entendimento pode abrir a porta para novas tecnologias, Kim disse, como novas abordagens para fazer eletrônicos flexíveis, superfícies biocompatíveis para dispositivos médicos, e superfícies mais tolerantes a danos e resistentes à radiação. A pesquisa se aplica aos chamados metais "FCC", como cobre, prata, ouro, níquel, e alumínio. Esses metais são cristais compostos de arranjos cúbicos de átomos, um em cada vértice e um em cada centro da face cúbica.

p Os cientistas vêm tentando explicar o complicado processo há décadas, e mais recentemente eles começaram a tentar modelá-lo em computadores. Kim disse que a análise da equipe Brown, incluindo o autor principal e estudioso de pós-doutorado Sang-Pil Kim, foi mais sofisticado do que as tentativas anteriores que se concentraram em um único evento de bombardeio e apenas defeitos pontuais isolados dentro do substrato de metal.

p "Nesse trabalho, pela primeira vez, investigamos o comportamento coletivo desses defeitos durante os bombardeios de íons em termos de combinações íon-substrato, "Kyung-Suk Kim disse.

p O novo modelo revelou como os bombardeios de íons podem colocar três mecanismos principais em movimento em questão de trilionésimos de segundo. Os pesquisadores apelidaram os mecanismos de "formação de camada dupla, "" crescimento do modo plano de metrô, "e" erupção da ilha de adatom ". Elas são uma consequência de como os íons que chegam derretem o metal e então como ele se solidifica com os íons ocasionalmente presos em seu interior.

p Quando os íons atingem a superfície do metal, eles penetram, derrubando átomos próximos como bolas de bilhar em um processo semelhante, no nível atômico, para derreter. Mas ao invés de simplesmente rolar para longe, os átomos são mais como bolas de bilhar magnéticas no sentido de que voltam a ficar juntos, ou resolidificar, embora em uma ordem diferente.

p Alguns átomos foram deslocados do lugar. Existem algumas vagas no cristal mais perto da superfície, e os átomos lá se juntam através do espaço vazio, isso cria uma camada com mais tensão. Abaixo dela está uma camada com mais átomos que foram inseridos nela. Essa aglomeração de átomos cria compressão. Portanto, existem agora duas camadas com diferentes níveis de compressão e tensão. Esta "formação de camada dupla" é a precursora do "crescimento do modo de planagem do metrô" e da "erupção da ilha de adatom".

p Uma característica marcante dos materiais que foram bombardeados com íons é que eles às vezes produzem um padrão de material que parece ter surgido da superfície original. Anteriormente, Kyung-Suk Kim disse, os cientistas pensaram que átomos deslocados iriam individualmente apenas voltar à superfície como peixes mortos em uma explosão subaquática. Mas o que os modelos da equipe mostram é que essas ilhas moleculares são formadas por grupos inteiros de átomos deslocados que se unem e parecem deslizar de volta à superfície.

p "O processo é análogo a pessoas pegando um trem de metrô em estações suburbanas, e todos eles vêm juntos para a superfície quando o trem chega a uma estação no centro da cidade durante a hora do rush matinal, "Kyung-Suk Kim disse.

p Os mecanismos, ao mesmo tempo que oferece uma nova explicação para os efeitos do bombardeio de íons, são apenas o começo desta pesquisa.

p "Como próximo passo, Vou desenvolver modelos de previsão para a evolução de nanopadrões durante o bombardeio de íons que podem orientar os processos de nanofabricação, "Sang-Pil Kim disse." Esta pesquisa também será expandida para outras aplicações, como materiais macios ou duros sob condições extremas. "