p O movimento dos átomos através de um material pode causar problemas em certas circunstâncias. A microscopia eletrônica de resolução atômica permitiu aos pesquisadores da Linköping University, na Suécia, observar pela primeira vez um fenômeno que iludiu os cientistas de materiais por muitas décadas. O estudo é publicado em Relatórios Científicos . p Em alguns contextos, é extremamente importante que os limites sejam mantidos. Um exemplo é dentro da tecnologia de filme fino, que usa filmes extremamente finos de vários materiais empilhados uns sobre os outros. O movimento induzido termicamente de átomos através de um material, difusão, é bem conhecido. Um tipo específico de difusão ao longo de defeitos lineares em um material foi proposto já na década de 1950, mas permaneceu um conceito teórico desde então e os pesquisadores nunca foram capazes de observá-lo diretamente. Em vez de, modelos teóricos e métodos indiretos são comumente aplicados para medir esse fenômeno, conhecido como difusão por tubo de deslocamento.

p Pesquisadores da Linköping University e da University of California em Berkeley finalmente puderam observar a migração de átomos entre as camadas de um filme fino. Eles usaram microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) com uma resolução tão alta que foi possível obter imagens das posições de átomos individuais no material. O espécime que estudaram era uma película fina em que camadas de metal, nitreto de háfnio (HfN), cerca de 5 bilionésimos de um metro de espessura, alternar com camadas de um semicondutor, nitreto de escândio (ScN).

p As propriedades das camadas HfN / ScN tornam este material um candidato adequado para uso em, por exemplo, tecnologia de revestimento e microeletrônica. É por razões de estabilidade muito importante que as camadas de metal e semicondutor não se misturem. Os problemas surgem se os átomos se difundem através de uma camada intermediária, formando uma ponte fechada entre as camadas do filme, semelhante a um curto-circuito elétrico.

p "O material que estudamos atua como um sistema de modelo perfeito, mas esse tipo de difusão ocorre em quase todos os materiais. Metais e semicondutores são encontrados em todos os componentes eletrônicos usados ​​em telefones celulares, computadores, etc. É por isso que é importante que os cientistas de materiais entendam este tipo de difusão, "diz Magnus Garbrecht, professor associado sênior do Departamento de Física, Química e Biologia na Linköping University.

p A descoberta descrita no artigo aconteceu quando Magnus Garbrecht aqueceu HfN / ScN a 950 ° C. Ele percebeu que o háfnium estava se difundindo nas camadas subjacentes. Descobriu-se que um defeito estava presente no material onde esse fenômeno surgiu. Os pesquisadores aqueceram o material várias vezes e, posteriormente, examinaram-no usando o STEM e mediram a distância que os átomos individuais se moviam.

p "Os valores que medimos concordam bem com os de experimentos anteriores usando métodos indiretos e com os modelos teóricos, e isso nos deixa confiantes de que o que estamos vendo realmente é a difusão por tubo de deslocamento, "diz Magnus Garbrecht.

p Os pesquisadores explicam por que os átomos se difundem quando o material é aquecido. Os átomos individuais estão ligeiramente deslocados uns em relação aos outros nas regiões em torno dos defeitos lineares. Os átomos tendem a se organizar em uma simetria cúbica perfeita, e a tensão se acumula dentro da rede quando esse arranjo é perturbado. Os pesquisadores mostram no estudo que essa cepa relaxa conforme os átomos se difundem.

p “A difusão reduz a deformação no material e por isso só ocorre ao longo dos defeitos lineares que passam pelo material, "diz Magnus Garbrecht.