A capacidade de gravar nanoestruturas na superfície do diamante deve ter uma ampla variedade de aplicações potenciais, mas, até agora, gravar e modelar diamante em nanoescala tem sido um desafio, pois o diamante é altamente inerte quimicamente (não reativo). Em um novo estudo, pesquisadores investigaram uma técnica em que um feixe de elétrons é usado para nanopadronização de diamante, com os resultados que oferecem uma nova visão sobre os processos emergentes de nanofabricação.

Os pesquisadores, James Bishop et al., na University of Technology Sydney em Sydney, Austrália, publicaram um artigo sobre a nanopadronização e gravação de diamante em uma edição recente da ACS Nano .

Em seu trabalho, os pesquisadores investigaram uma técnica chamada corrosão induzida por feixe de elétrons mediado por gás. O método não requer máscara ou camada de resistência e usa irradiação de feixe de elétrons na presença de gases reativos para gravar diretamente o diamante e outros materiais com uma resolução espacial de até 10 nanômetros. Também evita os problemas de danos residuais associados às técnicas de corrosão física, como feixe de íons focalizado ou corrosão iônica reativa, permitindo a gravação com danos mínimos ao material subjacente.

Até aqui, a maioria dos trabalhos usando este método demonstrou gravura que parece uniforme, ou isotrópico. Contudo, a fim de criar padrões desejados ou expor seletivamente certos planos de cristal, torna-se necessário gravar seletivamente em diferentes orientações, que é chamado de corrosão anisotrópica.

Usando uma combinação de técnicas experimentais e computacionais, os pesquisadores descobriram que os gases oxigênio e hidrogênio desempenham papéis diferentes no processo de corrosão. Em particular, o oxigênio causa rápido, corrosão eficiente e isotrópica, enquanto a adição de hidrogênio diminui a taxa de corrosão de certos planos de cristal mais do que outros, permitindo a corrosão anisotrópica. A gravação anisotrópica tem sido usada há muito tempo com outros materiais, como silício e nitreto de gálio, a fim de criar micro / nanoestruturas com simetria quase perfeita e planos de cristal ultra-lisos. Este novo trabalho destaca um método para potencialmente alcançar resultados semelhantes com o diamante.

Os pesquisadores descobriram que, à medida que mais gás hidrogênio é adicionado ao sistema, padrões emergem cujas características estão alinhadas com as direções do cristal da estrutura do diamante. Os cientistas explicam que esses padrões são causados ​​pela passivação preferencial do hidrogênio de certos planos de cristal em relação a outros. Os pesquisadores também mostraram que é possível controlar a anisotropia controlando a quantidade de hidrogênio, e consequentemente, para manipular as geometrias dos padrões de superfície. Isso permitiu que os pesquisadores criassem um modelo detalhado da cinética do etch, que deve simplificar os futuros processos de nanofabricação de corrosão para diamante e permitir a fabricação de estruturas anteriormente insustentáveis.

"O resultado mais significativo do trabalho é o controle sobre a anisotropia de corrosão que ele permite, "Bishop disse ao Phys.org." A gravação isotópica é útil para gravar estruturas com formas arbitrárias. A corrosão anisotrópica é útil para criar estruturas com superfícies ultra-lisas e simetrias quase perfeitas definidas pela cinética da reação de corrosão anisotrópica. Com a corrosão induzida por feixe de elétrons usando oxigênio, podemos obter a corrosão isotrópica de alta taxa, e misturando hidrogênio, alcançar a corrosão altamente anisotrópica do diamante. "

A capacidade de gravar nanopadrões de forma controlada e expor seletivamente e suavizar certos planos de cristal na superfície do diamante tem uma ampla variedade de aplicações potenciais. Diferentes nanopadrões e nanoestruturas podem, por exemplo, acelerar o crescimento de neurônios em superfícies de diamante para aplicações de biossensor, além de aprimorar a extração de luz para aplicações fotônicas. O diamante também está sendo investigado por suas possíveis aplicações para eletrônicos de alta potência, eletroquímica, e catálise, todos os quais podem se beneficiar de um simples, método de nanopadronização de alta resolução.

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