Cuando abre una bolsa de papas fritas o coloca un DVD, probablemente esté poniendo su mano en la deposición de chisporroteo. No, no corras por el jabón.

La deposición por pulverización es un proceso industrial utilizado desde la década de 1970 para pulverizar, pulverizar, es decir, películas delgadas sobre varios soportes, como el revestimiento metálico de las bolsas de patatas fritas, la superficie reflectante de los DVD, o la electrónica en chips de computadora.

Principalmente, el proceso funciona muy bien. En una cámara de vacío llena de un gas inerte, como el argón, se aplica alto voltaje a un imán. Esto energiza el argón, cuales, Sucesivamente, golpea partículas de, decir, metal de tungsteno de una fuente cercana al imán hacia la nube de gas. Algunos de estos extremadamente calientes partículas de tungsteno cargadas se deslizan a alta velocidad a través del argón y se depositan en el objetivo, formando una fina película.

Pero a veces los recubrimientos se desprenden o el producto se dobla sobre sí mismo y se agrieta, como si la película estuviera tensa antes de ser aplicada a la superficie. Otros tiempos, las películas son demasiado toscas. Por décadas, los científicos se han sentido desconcertados - y los fabricantes frustrados - acerca de por qué ocurren estos problemas.

Ahora, los investigadores de la Universidad de Vermont y el Laboratorio Nacional Argonne cerca de Chicago tienen una explicación:"son nanopartículas, "dice Randy Headrick, profesor de física en la UVM, "pegarse y tirarse juntos".

El descubrimiento, dirigido por el estudiante de posgrado de Headrick, Lan Zhou, fue publicado el 10 de agosto en la revista Revisión física B .

Usando rayos X de alta potencia, el equipo midió el tamaño de las partículas de tungsteno que se depositaban en un objetivo y quedó asombrado. Por encima de una presión crítica en el gas argón (ocho millonésimas de atmósfera), el tamaño saltó de repente. En lugar de átomos individuales o moléculas de varios átomos, como se esperaría en altas temperaturas, Ambiente de alta velocidad de una cámara de pulverización catódica:detectaron manchas relativamente gigantes de cientos de átomos:lo que los investigadores llaman una "agregación de nanopartículas".

"Es una condensación, como nubes, como la niebla, "dice Headrick, "esto es algo que realmente no esperábamos".

Estas nanopartículas se juntan y fusionan, apretando la película a medida que se eliminan los diminutos "nano-huecos" entre las partículas. Esto puede crear tensión en películas delgadas lo suficientemente fuertes como para hacer que las obleas electrónicas adquieran una forma de copa o una aspereza que distorsione los delicados recubrimientos de las lentes ópticas.

"Nadie se dio cuenta de que en la fase gaseosa se podía producir una partícula tan grande, "dice Al Macrander, físico del Laboratorio Nacional de Argonne y coautor del artículo. "Están muy energizados, por lo que es contrario a la intuición que se queden, debido a su velocidad, ", dice. Pero pega que lo hacen.

En la cámara de deposición de pulverización catódica, "las partículas comienzan con temperaturas de alrededor de diez mil grados, ", Explica Randy Headrick de UVM. Pero incluso mientras se mueven en el acelerador, se enfrían un poco y "una vez que se enfrían, " él dice, "quieren volver a ser sólidos".

"Esto tiene grandes implicaciones, "Macrander dice, "para muchas industrias, no solo óptica ". Por su parte, Es probable que los nuevos hallazgos ayuden a acelerar la creación de lentes de rayos X avanzados que él ha estado ayudando a desarrollar.

Hasta aquí, los esfuerzos para fabricar estas lentes no han tenido éxito ya que el proceso de deposición por pulverización catódica ha producido recubrimientos que todavía son demasiado ásperos con demasiada tensión, a pesar de utilizar técnicas de vanguardia.

"Estas lentes están diseñadas para enfocar haces de rayos X en dimensiones más pequeñas que las que jamás se han logrado, " él dijo, "hasta un nanómetro". Para fabricar estos lentes se requieren más de mil capas de película fina. "El estrés se acumula y se convierte en un problema, " él dice.

La nueva visión del equipo sobre la física básica de la deposición catódica señala el camino hacia una solución, pero la ecuación es compleja. "Si desea obtener superficies realmente suaves, tienes que depositar a presiones de argón más bajas, ", dice Lan Zhou de UVM. Pero a esta presión tan baja, las partículas golpean con tal velocidad que las películas delgadas quieren expandirse, creando el problema opuesto al separar las películas.

"Sigue siendo una pregunta abierta:¿qué se hace para hacer una película sin estrés y lo más suave posible?" dice Headrick.

"Al menos ahora entendemos lo que está sucediendo, "dice Zhou, "para que la gente pueda intentar optimizar las condiciones de deposición de la película, para estructura y rugosidad ".

Todavía, cuáles son los problemas en una aplicación pueden ser beneficiosos en otras. "Hay mucho más en este hallazgo que los recubrimientos de lentes, "dice Headrick, "hay muchos tipos de materiales en los que desea hacer nanopartículas, como algunos tipos de convertidores catalíticos o células solares. Esta podría ser una buena forma de fabricar nanopartículas de forma económica ".

Pero el costo de averiguarlo fue elevado. "Esto nos tomó años entender, "dice Zhou, con la sonrisa un poco gastada que mejor llevan los estudiantes de doctorado, "Era difícil pensar en la formación de partículas agregadas en medio de un flujo".