El movimiento de los átomos a través de un material puede causar problemas en determinadas circunstancias. La microscopía electrónica de resolución atómica ha permitido a los investigadores de la Universidad de Linköping en Suecia observar por primera vez un fenómeno que ha eludido a los científicos de materiales durante muchas décadas. El estudio se publicaen Informes científicos .
En algunos contextos, es extremadamente importante que se mantengan los límites. Un ejemplo es dentro de la tecnología de película delgada, que usa películas extremadamente delgadas de varios materiales apilados uno encima del otro. El movimiento inducido térmicamente de los átomos a través de un material, difusión,es bien conocido. Se propuso un tipo específico de difusión a lo largo de defectos lineales en un material ya en la década de 1950, pero ha seguido siendo un concepto teórico desde entonces y los investigadores nunca han podido observarlo directamente. En cambio, modelos teóricos y métodos indirectosse aplican comúnmente para medir ese fenómeno, conocido como difusión de tubería de dislocación.
Los investigadores de la Universidad de Linköping y la Universidad de California en Berkeley ahora finalmente han podido observar la migración de átomos entre las capas de una película delgada. Usaron microscopía electrónica de transmisión de barrido STEM con una resolución tan alta que fue posiblepara obtener imágenes de las posiciones de los átomos individuales en el material. El espécimen que estudiaron fue una película delgada en la que capas de un metal, nitruro de hafnio HfN, alrededor de 5 billonésimas de metro de espesor, se alternan con capas de un semiconductor, nitruro de escandio ScN.
Las propiedades de las capas HfN / ScN hacen que este material sea un candidato adecuado para su uso, por ejemplo, en tecnología de recubrimiento y microelectrónica. Es por razones de estabilidad muy importante que las capas de metal y semiconductores no se mezclen. Surgen problemas si elLos átomos se difunden a través de una capa intermedia formando un puente cerrado entre las capas de la película, similar a un cortocircuito eléctrico.
"El material que hemos estudiado actúa como un sistema modelo perfecto, pero este tipo de difusión se produce en casi todos los materiales. Los metales y los semiconductores se encuentran en todos los componentes electrónicos utilizados en teléfonos móviles, computadoras, etc. Es por eso queEs importante que los científicos de materiales entiendan este tipo de difusión ", dice Magnus Garbrecht, profesor titular asociado del Departamento de Física, Química y Biología de la Universidad de Linköping.
El descubrimiento descrito en el artículo se produjo cuando Magnus Garbrecht calentó HfN / ScN a 950 ° C. Notó que el hafnio se estaba difundiendo hacia las capas subyacentes. Resultó que había un defecto en el material donde surgió este fenómenoLos investigadores calentaron el material varias veces y posteriormente lo examinaron usando STEM y midieron qué tan lejos se movieron los átomos individuales.
"Los valores que medimos coinciden bien con los de experimentos anteriores que utilizan métodos indirectos y con los modelos teóricos, y esto nos hace confiar en que lo que estamos viendo realmente es la difusión de la tubería de dislocación", dice Magnus Garbrecht.
Los investigadores proporcionan una explicación de por qué los átomos se difunden cuando el material se calienta. Los átomos individuales están ligeramente desplazados entre sí en las regiones alrededor de los defectos lineales. Los átomos tienden a organizarse en una simetría cúbica perfecta, y la tensión se acumuladentro de la red cuando se altera esta disposición. Los investigadores muestran en el estudio que esta cepa se relaja a medida que los átomos se difunden.
"La difusión reduce la tensión en el material y es por eso que solo ocurre a lo largo de los defectos lineales que atraviesan el material", dice Magnus Garbrecht.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Linköping . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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