Os íons são uma ferramenta essencial na fabricação de chips, mas esses átomos eletricamente carregados também podem ser usados ​​para produzir nano-peneiras com poros homogeneamente distribuídos. Um número particularmente grande de elétrons, Contudo, deve ser removido dos átomos para este propósito. Esses íons altamente carregados perdem uma quantidade surpreendentemente grande de energia ou quase nenhuma energia ao passar por uma membrana que mede apenas um nanômetro de espessura. Pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) e da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien) relatam na revista científica Cartas de revisão física que esta descoberta é um passo importante para o desenvolvimento de novos tipos de componentes eletrônicos feitos de grafeno.

Embora íons altamente carregados causem danos apenas em uma área muito limitada da superfície de um material, eles o fazem de forma extremamente eficiente. Isso os torna uma ferramenta ideal para tarefas especiais, como a perfuração de filmes ultrafinos de carbono que medem apenas um nanômetro de espessura (um nanômetro =um milionésimo de milímetro). O resultado é uma nano-peneira tecnologicamente utilizável que pode, por exemplo, separar gases diferentes.

"O bombardeio de material com íons pode ser comparado a golpes de bolas de bilhar, "de acordo com Richard Wilhelm, doutorando no HZDR. “Um jogador profissional sabe exatamente em que ângulo ele deve golpear a bola para ter sucesso durante sua vez. o jogador também calcula a energia que deve ser transmitida por uma bola para uma ou mais das outras bolas. "Os íons se comportam de maneira semelhante quando colidem com átomos no material. Os íons diminuem gradualmente em seu caminho por meio de um grande número de colisões e perde energia continuamente - como uma bala que penetra no tronco de uma árvore e depois pára ali.

Para um material ultrafino que consiste em apenas algumas camadas atômicas, esta analogia, Contudo, não é aplicável - como os resultados empolgantes demonstram dos últimos experimentos no Ion Beam Center de HZDR. Wilhelm e seus colegas de Dresden e Viena observaram pela primeira vez em experimentos que os íons altamente carregados voavam através de uma nanomebrana virtualmente não afetada, ou perdeu uma quantidade surpreendente de energia ao fazê-lo. Foi assumido anteriormente, Contudo, que os íons sempre perdem a mesma quantidade de energia, em média.

Para ver esse efeito recém-descoberto, a membrana não pode ser mais espessa do que um nanômetro - a membrana de carbono, pendurado livremente em uma transportadora, foi produzido na Universidade de Bielefeld. Além disso, os íons devem ter uma carga positiva alta, o que significa que muitos elétrons foram removidos com antecedência. Foram usados ​​íons de xenônio com carga de trinta vezes. Dois eventos diferentes podem ocorrer quando os íons de xenônio atingem a membrana ultrafina. Embora um íon possa passar virtualmente desimpedido entre os átomos de carbono da nanomembrana, um íon diferente pode colidir com um dos átomos do material. Durante tal colisão, ele passa pela nuvem de elétrons do átomo e suga os elétrons carregados negativamente. Esta captura de elétrons quase leva à neutralização do íon, resultando em uma desaceleração considerável. Dependendo do ângulo em que o íon continua a viajar após a colisão, a perda de energia chega a dez por cento.

"Nossos experimentos demonstraram pela primeira vez que a perda de energia no material depende consideravelmente do estado de carga dos íons. Suspeitamos de uma relação geral, o que não poderia ser observado anteriormente com os materiais mais espessos habituais e em estados de carga iônica mais baixos, "explica o candidato ao doutorado do HZDR Wilhelm.

Grafeno, o "Material Milagroso"

Os pesquisadores do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf e da Universidade de Tecnologia de Viena (TU Wien) gostariam de trabalhar com o material promissor do grafeno como uma próxima etapa. O grafeno é o carbono com apenas uma camada atômica de espessura. Possui propriedades quase exóticas, como extrema durabilidade, embora também seja transparente e um metal. "Muitos grupos ao redor do mundo estão trabalhando com grafeno no momento, mas apenas muito poucos estão incorporando átomos estranhos ao material bidimensional. Se isso pudesse ser feito rotineiramente usando implantação de íons, pode levar a novos componentes eletrônicos com recursos inesperados, "explica Richard Wilhelm. No Centro de Feixe de Íons do HZDR, várias outras instalações estão disponíveis para gerar íons altamente carregados para experimentos com grafeno. O TU Wien, um parceiro de pesquisa de longo prazo, está novamente ativamente a bordo.