p Variando a energia e a dose de feixes de elétrons fortemente focados, pesquisadores demonstraram a capacidade de remover e depositar padrões em nanoescala de alta resolução em camadas bidimensionais de óxido de grafeno. A "escultura" aditiva / subtrativa 3-D pode ser feita sem alterar a química da câmara de deposição de feixe de elétrons, fornecendo a base para a construção de uma nova geração de estruturas em nanoescala. p Com base em técnicas de processamento induzido por feixe de elétrons focado (FEBID), o trabalho pode permitir a produção de nanoestruturas complexas 2-D / 3-D e nanodispositivos funcionais úteis em comunicações quânticas, de detecção, e outros aplicativos. Para materiais que contêm oxigênio, como óxido de grafeno, gravação pode ser feita sem a introdução de materiais externos, usando oxigênio do substrato.

p "Cronometrando e sintonizando a energia do feixe de elétrons, podemos ativar a interação do feixe com o oxigênio no óxido de grafeno para fazer corrosão, ou interação com hidrocarbonetos na superfície para criar deposição de carbono, "disse Andrei Fedorov, professor e presidente de Rae S. e Frank H. Neely na Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff do Instituto de Tecnologia da Geórgia. "Com controle de escala atômica, podemos produzir padrões complicados usando processos diretos de gravação e remoção. Os sistemas quânticos requerem controle preciso em escala atômica, e isso pode permitir uma série de aplicativos em potencial. "

p A técnica foi descrita em 7 de agosto na revista. Materiais e interfaces aplicados ACS . O trabalho foi apoiado pelo Departamento de Energia dos EUA, Escritório de Ciência, Ciências Básicas da Energia. Os co-autores incluíram pesquisadores da Pusan ​​National University na Coreia do Sul.

p A criação de estruturas em nanoescala é tradicionalmente feita usando um processo de várias etapas de revestimento fotorresistente e padronização por litografia de foto ou feixe de elétrons, seguido por ataque químico seco / úmido ou deposição. O uso deste processo limita a gama de funcionalidades e topologias estruturais que podem ser alcançadas, aumenta a complexidade e o custo, e riscos de contaminação das várias etapas químicas, criando barreiras para a fabricação de novos tipos de dispositivos a partir de materiais 2-D sensíveis.

p FEBIP permite uma química de material / site específico, processamento em escala atômica multimodo de alta resolução e oferece oportunidades sem precedentes para "gravação direta, "padronização de superfície de etapa única de nanomateriais 2-D com capacidade de imagem in-situ. Permite realizar uma abordagem multiescala / multimodo rápida" de cima para baixo e de baixo para cima ", variando de uma manipulação em escala atômica a uma modificação de superfície de grande área em nano e microescalas.

p "Ajustando o tempo e a energia dos elétrons, você pode remover material ou adicionar material, "Fedorov disse." Não esperávamos que, após a exposição do elétron ao óxido de grafeno, iniciaríamos os padrões de corrosão. "

p Com óxido de grafeno, o feixe de elétrons introduz perturbações de escala atômica nos átomos de carbono arranjados em 2-D e usa oxigênio embutido como um condicionador para remover átomos de carbono em padrões precisos sem a introdução de um material na câmara de reação. Fedorov disse que qualquer material contendo oxigênio pode produzir o mesmo efeito. "É como se o óxido de grafeno carregasse seu próprio condicionador, ", disse ele." Tudo o que precisamos para ativá-lo é 'semear' a reação com elétrons de energia apropriada. "

p Para adicionar carbono, manter o feixe de elétrons focado no mesmo ponto por mais tempo gera um excesso de elétrons de baixa energia por meio de interações do feixe com o substrato para decompor as moléculas de hidrocarboneto na superfície do óxido de grafeno. Nesse caso, os elétrons interagem com os hidrocarbonetos em vez dos átomos de grafeno e oxigênio, deixando para trás átomos de carbono liberados como um depósito 3-D.

p "Dependendo de quantos elétrons você traz para ele, você pode fazer crescer estruturas de diferentes alturas longe das ranhuras gravadas ou do plano bidimensional, "disse ele." Você pode pensar nisso quase como uma escrita holográfica com elétrons excitados, substrato e moléculas adsorvidas combinadas na hora certa e no lugar certo. "

p O processo deve ser adequado para a deposição de materiais como metais e semicondutores, embora precursores precisem ser adicionados à câmara para sua criação. As estruturas 3-D, apenas nanômetros de altura, podem servir como espaçadores entre as camadas de grafeno ou como elementos sensores ativos ou outros dispositivos nas camadas.

p "Se você quiser usar grafeno ou óxido de grafeno para dispositivos mecânicos quânticos, você deve ser capaz de posicionar camadas de material com uma separação na escala de átomos de carbono individuais, "Fedorov disse." O processo também pode ser usado com outros materiais. "

p Usando a técnica, feixes de elétrons de alta energia podem produzir feixes de tamanhos de apenas alguns nanômetros de largura. As trincheiras gravadas em superfícies podem ser preenchidas com metais pela introdução de átomos de metal contendo precursores.

p Além de padrões simples, o processo também pode ser usado para fazer crescer estruturas complexas. "Em princípio, você poderia desenvolver uma estrutura como uma Torre Eiffel em nanoescala com todos os detalhes intrincados, "Fedorov disse." Levaria muito tempo, mas este é o nível de controle possível com a escrita por feixe de elétrons. "

p Embora os sistemas tenham sido construídos para usar múltiplos feixes de elétrons em paralelo, Fedorov não os vê sendo usados ​​em aplicações de alto volume. Mais provável, ele disse, é o uso de laboratório para fabricar estruturas únicas úteis para fins de pesquisa.

p “Estamos demonstrando estruturas que de outra forma seriam impossíveis de produzir, "ele disse." Queremos permitir a exploração de novos recursos em áreas como dispositivos quânticos. Esta técnica pode ser um capacitador de imaginação para novas físicas interessantes que vêm em nossa direção com o grafeno e outros materiais interessantes. "