Un equipo de investigación de científicos de la fusión ha logrado desarrollar una "técnica de escultura a nanoescala" para fabricar una película ultrafina afilando una muestra de tungsteno con un haz de iones enfocado. Esto permite la observación a nanoescala de una sección transversal muy cerca de la superficie superior de la muestra de tungsteno utilizando un microscopio electrónico de transmisión. La técnica de escultura desarrollada por esta investigación se puede aplicar no solo al tungsteno sino también a otros materiales duros.

Materiales endurecidos como metales, los carbones y la cerámica se utilizan en automóviles, aviones y edificios. En un estudio de reactor de fusión, tungsteno, que es uno de los materiales metálicos más duros, es el candidato más probable para el material de armadura del dispositivo que recibe la carga de calor / partículas del plasma. Este dispositivo se llama desviador. En cualquier material endurecido, Se pueden formar daños o defectos a escala nanométrica muy cerca de la superficie superior de los materiales. Para predecir la vida útil del material, es necesario conocer los tipos de daño y sus perfiles de profundidad en un material. Para hacer esto, debemos observar una sección transversal de la región muy cerca de la superficie superior del material a nivel de nanoescala.

Para la observación de la estructura interna de los materiales a nivel nanoescala, microscopio electrónico de transmisión (TEM), en el que los electrones acelerados se transmiten a través de los materiales objetivo, se usa comúnmente como una herramienta poderosa. Para observar una sección transversal muy cerca de la superficie superior del tungsteno con TEM, Primero extraemos un pequeño trozo de la muestra de tungsteno de su superficie y luego fabricamos una película ultrafina cortando la muestra extraída. El espesor de la película debe estar por debajo de ~ 100 nm para obtener una alta resolución debido a la alta transmisión del haz de electrones. Sin embargo, Ha sido extremadamente difícil fabricar una película tan ultrafina para materiales duros como el tungsteno. Por lo tanto, Ha sido casi imposible obtener el nivel de espesor de ~ 100 nm utilizando técnicas convencionales de fabricación de película delgada.

El equipo de investigación del Dr. Masayuki Tokitani y Daisuke Nagata et al de los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales (NINS) Instituto Nacional de Ciencia de Fusión (NIFS) ha desarrollado una técnica superior de fabricación a nanoescala para tungsteno, mediante el uso de un dispositivo de haz de iones-haz de electrones enfocado (FIB-SEM). Llaman a esta técnica la "técnica de escultura a nanoescala". El dispositivo FIB-SEM nos permite cortar materiales irradiándolos con un haz de iones de Ga enfocado de ~ 30 nm de diámetro. El equipo de investigación intentó previamente fabricar una película ultrafina afilando una pequeña pieza de tungsteno con FIB-SEM. Sin embargo, tenían el problema de que, lamentablemente, se perdía la superficie superior porque la intensidad del haz tenía que ser relativamente fuerte para el tungsteno duro. Para resolver este problema, ahora han producido una operación de haz de Ga especial para mantener la superficie superior ajustando las posiciones y direcciones de irradiación del haz. También afilan gradualmente la región cerca de la superficie, creando una forma que se vuelve más delgada hacia la parte inferior. Como consecuencia, obtienen una película ultrafina con un espesor de ~ 100 nm o menos y con la superficie superior intacta.

En la imagen obtenida por la observación TEM de la película ultrafina fabricada, Podemos identificar claramente el daño a nivel atómico formado cerca de la superficie superior de la muestra de tungsteno. Por lo tanto, La "técnica de escultura a nanoescala" desarrollada por este equipo de investigación permite observar una sección transversal cerca de la superficie superior de una muestra de tungsteno a escala atómica. Esta técnica de escultura se puede aplicar no solo al tungsteno sino también a otros materiales duros como aleaciones endurecidas y cerámicas. En la actualidad, estamos considerando esta técnica de escultura para su aplicación en la industria automotriz.