Una técnica que revolucionó la capacidad de los científicos para manipular y estudiar materiales a nanoescala puede tener dramáticas consecuencias no deseadas. revela una nueva investigación de la Universidad de Oxford.

El fresado con haz de iones enfocado (FIB) utiliza un haz diminuto de partículas muy energéticas para cortar y analizar materiales de menos de una milésima parte de un mechón de cabello humano.

Esta notable capacidad transformó campos científicos que van desde la ciencia de los materiales y la ingeniería hasta la biología y las ciencias de la tierra. FIB es ahora una herramienta esencial para una serie de aplicaciones que incluyen; investigando aleaciones de alto rendimiento para la ingeniería aeroespacial, aplicaciones nucleares y automotrices y para la creación de prototipos en microelectrónica y microfluídica.

Anteriormente se entendía que el FIB causaba daño estructural dentro de una capa superficial delgada (decenas de átomos de espesor) del material que se cortaba. Hasta ahora se suponía que los efectos de FIB no se extenderían más allá de esta delgada capa dañada. Los nuevos e innovadores resultados de la Universidad de Oxford demuestran que este no es el caso, y que FIB de hecho puede alterar dramáticamente la identidad estructural del material. Este trabajo se llevó a cabo en colaboración con colegas del Laboratorio Nacional Argonne, ESTADOS UNIDOS, Universidad LaTrobe, Australia, y el Culham Center for Fusion Energy, REINO UNIDO.

En investigación recién publicada en la revista Informes científicos , el equipo estudió el daño causado por FIB utilizando una técnica llamada difracción de rayos X de sincrotrón coherente. Esto se basa en rayos X ultrabrillantes de alta energía, disponible solo en instalaciones centrales como Advanced Photon Source en Argonne National Lab, ESTADOS UNIDOS. Estos rayos X pueden sondear la estructura tridimensional de los materiales a nanoescala. Los resultados muestran que incluso dosis muy bajas de FIB, previamente considerado insignificante, tener un efecto dramático.

Felix Hofmann, Profesor asociado en el Departamento de Ciencias de la Ingeniería de Oxford y autor principal del estudio, dijo, "Nuestra investigación muestra que los rayos FIB tienen consecuencias de mucho mayor alcance de lo que se pensaba, y que el daño estructural causado es considerable. Afecta a toda la muestra, fundamentalmente cambiando el material. Dado el papel que la FIB ha llegado a desempeñar en la ciencia y la tecnología, Existe una necesidad urgente de desarrollar nuevas estrategias para comprender adecuadamente los efectos del daño de la FIB y cómo podría controlarse ".

Antes del desarrollo de FIB, las técnicas de preparación de muestras eran limitadas, permitiendo únicamente la preparación de secciones a partir del material a granel, pero no de características específicas. FIB transformó este campo al permitir recortar pequeños cupones de sitios específicos en un material. Esta progresión permitió a los científicos examinar características específicas de los materiales utilizando microscopios electrónicos de alta resolución. Además, ha hecho posible las pruebas mecánicas de muestras de material diminutas, una necesidad para el estudio de materiales peligrosos o extremadamente preciosos.

Aunque está interesado en que sus compañeros presten atención a las graves consecuencias de la FIB, El profesor Hofmann dijo:"La comunidad científica ha estado al tanto de este problema desde hace un tiempo, pero nadie (incluido yo mismo) se dio cuenta de la magnitud del problema. No hay forma de que supiéramos que FIB tenía efectos secundarios tan invasivos. La técnica es parte integral de nuestro trabajo y ha transformado nuestro enfoque de la creación de prototipos y la microscopía. cambiando completamente la forma en que hacemos ciencia. Se ha convertido en una parte central de la vida moderna ".

Avanzando el equipo está interesado en desarrollar la conciencia sobre el daño de la FIB. Es más, se basarán en su trabajo actual para comprender mejor el daño formado y cómo podría eliminarse. El profesor Hofmann dijo:"Estamos aprendiendo a mejorar. Hemos pasado de usar la técnica a ciegas, para averiguar cómo podemos realmente ver las distorsiones causadas por FIB. A continuación, podemos considerar enfoques para mitigar el daño de FIB. Es importante destacar que las nuevas técnicas de rayos X que hemos desarrollado nos permitirán evaluar qué tan efectivos son estos enfoques. A partir de esta información, podemos empezar a formular estrategias para gestionar activamente el daño de la FIB ".