p Os microscópios não mentem exatamente, mas suas limitações afetam as verdades que podem contar. Por exemplo, microscópios eletrônicos de varredura (SEMs) simplesmente não conseguem ver materiais que não conduzem eletricidade muito bem, e suas altas energias podem realmente danificar alguns tipos de amostras. p Em um esforço para extrair um pouco mais de verdade do mundo dos nanomateriais e nanoestruturas, pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) construíram o primeiro microscópio de feixe de íons focado de baixa energia (FIB) que usa uma fonte de íon de lítio.

p A nova abordagem da equipe abre a possibilidade de criar uma categoria inteira de FIBs usando qualquer um de até 20 elementos diferentes, aumentando muito as opções de imagem, esculpir, ou materiais de caracterização.

p Embora a resolução do novo microscópio ainda não seja tão boa quanto a de um SEM ou um microscópio de íon hélio (HIM), ele pode gerar imagens de materiais não condutores e pode visualizar mais claramente a composição química na superfície de uma amostra do que os SEMs e FIBs de alta energia. E, analisando a energia com a qual os íons se espalham, os pesquisadores mostraram que o microscópio deve ser capaz de não apenas ver que os materiais adjacentes são quimicamente diferentes, mas também identifique os elementos que os constituem.

p Jabez McClelland e seus colegas do NIST aplicaram técnicas de resfriamento a laser ganhador do Prêmio Nobel para fazer o primeiro FIB de baixa energia usando íons de lítio em 2011. Desde então, eles têm trabalhado para refinar a técnica para aumentar o brilho e a colimação do feixe, ou seja, fazer com que todos os íons se movam na mesma direção para torná-lo mais útil para aplicativos de imagem.

p O novo instrumento primeiro resfria um gás de átomos de lítio neutros a uma temperatura de cerca de 600 microkelvins, apenas alguns milionésimos de grau acima do zero absoluto, usando lasers e uma armadilha magneto-óptica (MOT) para conter os átomos. Outro laser ioniza os átomos e, em seguida, campos elétricos os aceleram, endireitando seu vôo e focalizando o feixe em um alvo.

p O NIST FIB pode produzir feixes de íons de lítio com energias na faixa de 500 volts de elétrons a 5, 000 elétron-volts (em comparação com cerca de 30, 000 elétron-volts para HIMs.) A equipe do NIST pode reduzir ainda mais a energia do feixe, mas os efeitos de interação repulsivos na fonte limitam o quão pequenos eles podem focalizar o feixe quando o campo de aceleração é mais fraco.

p Conforme detalhado em seu artigo, a equipe demonstrou como seu microscópio pode ajudar a resolver um problema comum na litografia de nanoimpressão, um processo para estêncil padrões em chips de silício. Esta técnica requer gravação no silício através dos espaços no estêncil de litografia para transferir o padrão.

p "Antes que os fabricantes possam gravar o silício, eles têm que se certificar de que os espaços estão livres de resíduos químicos, "diz McClelland." Normalmente, eles usam um processo chamado corrosão de plasma para limpar esse resíduo, mas eles devem ter cuidado para não exagerar ou podem danificar o substrato e estragar o chip. Nosso escopo FIB pode verificar se o plasma fez seu trabalho sem danificar o chip. Um microscópio eletrônico de varredura não poderia fazer isso porque é difícil ver o resíduo fino, e o feixe de alta energia provavelmente carregará e / ou derreterá o estêncil e agravará o problema. "

p O grupo tem grandes planos para o microscópio. Um projeto futuro que eles planejam fazer é tentar desvendar exatamente como as baterias de lítio funcionam, injetando íons de lítio nos materiais e observando como eles afetam o comportamento das baterias. Esta e outras aplicações irão adicionar recursos às instalações de usuários de nanotecnologia do NIST, o Centro de Ciência e Tecnologia em nanoescala, onde o trabalho está sendo executado.

p Alguns ex-membros do grupo começaram sua própria empresa para desenvolver um FIB de césio de baixa energia para recursos de moagem e escultura na ordem de nanômetros individuais, um grande salto na nanofabricação se for bem-sucedido.

p "Esta nova forma de microscopia que desenvolvemos promete fornecer uma nova ferramenta para nanotecnologia com boa sensibilidade de superfície, contraste elementar e alta resolução, "diz McClelland." As aplicações variam de controle de processo de nanofabricação ao desenvolvimento de nanomateriais e imagens de biomateriais. "