Los chips que impulsan los dispositivos electrónicos cotidianos, como las computadoras personales y los teléfonos inteligentes, se fabrican en plantas de fabricación de semiconductores. Estas plantas emplean potentes microscopios electrónicos de transmisión. Si bien pueden ver estructuras físicas más pequeñas que una milmillonésima parte de un metro, estos microscopios no tienen forma de ver la actividad electrónica que hace que funcionen los dispositivos.

Eso puede cambiar pronto gracias a una nueva técnica de imágenes desarrollada por investigadores de UCLA y la Universidad del Sur de California. Este avance puede permitir a los científicos e ingenieros observar y comprender la actividad electrónica dentro de los dispositivos de trabajo, y, en última instancia, mejorar su funcionalidad.

El estudio, que se publicó en línea en Revisión física aplicada , fue dirigido por Chris Regan, Profesor de física y astronomía de UCLA y miembro del California NanoSystems Institute.

El nuevo método muestra detalles que los enfoques tradicionales con microscopios electrónicos no capturan, al mismo tiempo que revela estados electrónicos dentro de una muestra, lo que antes era imposible con este tipo de microscopios.

"Por supuesto que prefieres mirar los dispositivos en vivo, ", Dijo Regan." Queremos ver qué hace que un dispositivo esté vivo en un sentido electrónico, y las técnicas estándar no pueden ".

Un dispositivo electrónico se puede comparar con el cerebro humano. El cerebro se suele fotografiar mediante rayos X, que dan una imagen precisa de su estructura física.

"Hay una gran cantidad de física y química muy sutiles sucediendo en tu cerebro, y si tomaste una foto, no verías nada de eso, "Dijo Regan." La imagen pasa por alto algunas cosas muy dramáticas que hacen de tu cerebro un lugar interesante ".

La técnica que él y su equipo crearon se parece menos a las imágenes de rayos X, y más como las pruebas de resonancia magnética funcional (o resonancia magnética funcional) que los neurocientíficos usan para rastrear el flujo sanguíneo dentro del cerebro.

"Con la resonancia magnética funcional, puedes ver las partes iluminadas que se están utilizando, ", Dijo Regan." Eso le da una idea de cómo está funcionando el cerebro. Similar, nuestra técnica le permite ver las cosas que cambian a medida que funciona un dispositivo electrónico ".

Los microscopios electrónicos utilizan haces de electrones para ayudar a los científicos a "ver" un objeto. En este estudio, los investigadores emparejaron un microscopio electrónico de transmisión de barrido, o STEM, e imágenes de corriente inducida por haz de electrones, conocido como imágenes EBIC.

Las imágenes EBIC utilizan un amplificador para medir la corriente eléctrica en una muestra expuesta al haz de electrones de un microscopio. Esta tecnica, demostrado por primera vez en la década de 1960, es útil para mostrar el campo eléctrico integrado en ciertos dispositivos, como las células solares. Pero en este caso, los investigadores observaron dispositivos que carecían de campos eléctricos integrados.

Adquirir imágenes de microscopio de barrido estándar e imágenes EBIC, los investigadores examinaron un simple par de electrodos. Las imágenes EBIC produjeron una resolución y un contraste nunca antes vistos. Este método mostró qué electrodo estaba recibiendo corriente, e incluso produjo un mapa detallado de la conductividad de los electrodos.

"Cuando comenzamos a desarrollar esta técnica, estábamos mirando muestras donde hay un cambio físico muy sutil pero un cambio electrónico enorme, "dijo William Hubbard, becario postdoctoral en el laboratorio de Regan y primer autor del estudio. "Vimos un contraste realmente interesante que no se puede obtener de otra manera".

Para comprender el mecanismo en funcionamiento, el equipo utilizó dos amplificadores para registrar dos mediciones EBIC (otra innovación) y descubrió que las imágenes EBIC estaban captando señales débiles de electrones secundarios. Esta sensibilidad les permitió visualizar no solo dónde están los electrones, pero donde no lo están:elementos fundamentales del flujo de corriente en un chip.

La riqueza de los datos sorprendió incluso a los investigadores cuando aplicaron la técnica por primera vez.

"Vimos algo muy inesperado que nos emocionó increíblemente, "Dijo Hubbard." Así que yo diría que funcionó mejor de lo que esperábamos ".

La producción de cortes de muestra lo suficientemente delgados para obtener imágenes con microscopía electrónica de transmisión hace que los chips contemporáneos sean inoperables. Pero, a medida que los componentes se vuelven más pequeños y delgados con el tiempo, esta investigación puede abrir nuevas posibilidades para comprender lo que sucede dentro de los dispositivos de consumo del futuro.