Se espera que la capacidad de grabar nanoestructuras en la superficie del diamante tenga una amplia variedad de aplicaciones potenciales, pero hasta ahora grabar y modelar diamantes a nanoescala ha sido un desafío, ya que el diamante es químicamente inerte (no reactivo). En un nuevo estudio, Los investigadores han investigado una técnica en la que se utiliza un haz de electrones para nanopatrones de diamantes, con los resultados ofreciendo una nueva visión de los procesos emergentes de nanofabricación.

Los investigadores, James Bishop y col., en la Universidad de Tecnología de Sydney en Sydney, Australia, han publicado un artículo sobre el nanopatrón y el grabado de diamantes en un número reciente de ACS Nano .

En su trabajo, los investigadores investigaron una técnica llamada grabado inducido por haz de electrones mediado por gas. El método no requiere máscara ni capa de resistencia y utiliza irradiación con haz de electrones en presencia de gases reactivos para grabar directamente el diamante y otros materiales con una resolución espacial de hasta 10 nanómetros. También evita los problemas de daños residuales asociados con las técnicas de grabado físico, como el grabado con haz de iones enfocado o el grabado con iones reactivos. permitiendo el grabado con un daño mínimo al material subyacente.

Hasta aquí, La mayoría de los trabajos que utilizan este método han demostrado un grabado que parece uniforme, o isotrópico. Sin embargo, para crear patrones deseados o exponer selectivamente ciertos planos de cristal, se hace necesario grabar selectivamente en diferentes orientaciones, que se llama grabado anisotrópico.

Usando una combinación de técnicas experimentales y computacionales, los investigadores encontraron que los gases de oxígeno e hidrógeno juegan diferentes roles en el proceso de grabado. En particular, el oxígeno causa rápido, grabado eficiente e isotrópico, mientras que la adición de hidrógeno ralentiza la velocidad de grabado de ciertos planos de cristal más que otros, permitiendo el grabado anisotrópico. El grabado anisotrópico se ha utilizado durante mucho tiempo con otros materiales como el silicio y el nitruro de galio para crear micro / nanoestructuras con simetría casi perfecta y planos cristalinos ultra suaves. Este nuevo trabajo destaca un método para lograr potencialmente resultados similares con el diamante.

Los investigadores encontraron que, a medida que se agrega más gas hidrógeno al sistema, Surgen patrones cuyas características están alineadas con las direcciones del cristal de la celosía de diamantes. Los científicos explican que estos patrones son causados ​​por la pasivación preferencial del hidrógeno de ciertos planos cristalinos sobre otros. Los investigadores también demostraron que es posible controlar la anisotropía controlando la cantidad de hidrógeno, y consecuentemente, manipular las geometrías de los patrones de superficie. Esto permitió a los investigadores crear un modelo detallado de la cinética de grabado, lo que debería simplificar los futuros procesos de nanofabricación de grabado en seco para diamantes y permitir la fabricación de estructuras previamente insostenibles.

"El resultado más significativo del trabajo es el control sobre la anisotropía del grabado que permite, "Bishop dijo a Phys.org." El grabado isotópico es útil para grabar estructuras de forma arbitraria. El grabado anisotrópico es útil para crear estructuras con superficies ultra suaves y simetrías casi perfectas definidas por la cinética de la reacción de grabado anisotrópico. Con el grabado inducido por haz de electrones utilizando oxígeno podemos obtener un grabado isotrópico de alta velocidad, y mezclando hidrógeno, lograr un grabado altamente anisotrópico del diamante ".

La capacidad de grabar de forma controlada nanopatrones y exponer y suavizar selectivamente ciertos planos de cristal en la superficie del diamante tiene una amplia variedad de aplicaciones potenciales. Diferentes nanopatrones y nanoestructuras pueden, por ejemplo, acelerar el crecimiento de neuronas en superficies de diamante para aplicaciones de biodetección, así como mejorar la extracción de luz para aplicaciones fotónicas. El diamante también está siendo investigado por sus posibles aplicaciones para la electrónica de alta potencia, electroquímica, y catálisis, todos los cuales pueden beneficiarse de un simple, Método de nanopatrones de alta resolución.

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