(Phys.org) —La base de muchos dispositivos electrónicos modernos, como chips de computadora, son películas delgadas:capas de un grosor a nanoescala de un material que crecen en la superficie de otro. A medida que los consumidores continúan demandando productos más elegantes y más rápidos, comprender la evolución del crecimiento de películas delgadas ayudará a los científicos a aprender a adaptar las películas delgadas a las nuevas tecnologías.

En algunos casos, las películas crecen capa por capa, cada capa tiene un átomo de espesor, mientras que en otros casos los átomos depositados sobre una superficie forman islas tridimensionales que crecen, chocan y se fusionan en una película continua. En este último caso, Los científicos han asumido tradicionalmente que las islas en crecimiento son homogéneas, con tamaños similares, y se fusionan aproximadamente al mismo tiempo. Sin embargo, en un estudio reciente, utilizando rayos X producidos en la fuente de luz sincrotrón nacional (NSLS), Los investigadores de la Universidad de Boston (BU) investigaron el crecimiento de las islas en tiempo real, descubriendo que el proceso es más dinámico de lo que sugiere la visión tradicional.

El grupo determinó que la evolución de la isla coincide con el comportamiento predicho por un modelo simple pero detallado de la deposición, crecimiento, y coalescencia de gotitas de líquido, conocido como el modelo Family-Meakin (FM). Es más, proponen que otros tipos de películas delgadas cultivadas por el mecanismo de isla pueden comportarse de la misma manera durante las primeras etapas de crecimiento. Describen su trabajo en el 7 de septiembre, 2012, edición de Cartas de revisión física .

El físico de BU, Karl Ludwig, explica:"Es sorprendente para mucha gente que todavía haya cosas fundamentales que aprender sobre un proceso aparentemente tan simple como el crecimiento de película delgada tridimensional. Sin embargo, como ocurre tan a menudo, cuando tenemos una nueva herramienta que permite la investigación en tiempo real con un detalle sin precedentes, aprendemos que la realidad es más compleja, y más intrigante, de lo que a menudo se había asumido ".

En la línea de luz NSLS X21, utilizando una estación de investigación desarrollada para estudiar superficies de materiales y películas delgadas en tiempo real, el grupo BU depositó aluminio sobre dos superficies, óxido de silicio y zafiro. Las muestras se colocaron dentro de una cámara de ultra alto vacío, y la película delgada se depositó muy lentamente para que los científicos pudieran tomar múltiples radiografías de la superficie durante el crecimiento y "observar" la evolución de la película de aluminio en tiempo real.

Los escaneos de rayos X sugirieron que los átomos depositados inicialmente se reunieron para formar pequeñas islas con diámetros de solo un par de nanómetros (mil millonésimas de metro) y luego comenzaron a fusionarse. formando islas más grandes de unos 10 nm de ancho (el experimento no fue lo suficientemente largo para completar el crecimiento de la película, pero las islas eventualmente se fusionarían en una capa continua). Esto fue confirmado más tarde por imágenes de microscopio de fuerza atómica (AFM) de la muestra, tomada una vez finalizado el experimento y la muestra se había extraído de la cámara. Con alturas finales de aproximadamente 3 nm, las islas eran "fuertemente tridimensionales". En efecto, las imágenes AFM tomadas al final del estudio mostraron islas relativamente altas con formas aproximadamente hemisféricas.

Los resultados muestran varias formas en las que la evolución de la película concuerda con el comportamiento de las gotas de líquido como lo predice la teoría FM, aunque la película es sólida, no líquido. Por ejemplo, la evolución de las islas es auto-similar, lo que significa que la geometría promedio en un momento posterior parece similar a la de un momento anterior, pero con escalas de longitud aumentadas ("escaladas") por una ley de potencia.

El ingrediente clave que incorpora el modelo FM, que faltaba en la visión tradicional del crecimiento de las islas, es la fusión de islas para formar nuevas, islas compactas cuando chocan. Esto conduce a una morfología característica observada en las imágenes AFM en la que muchas islas más pequeñas se dispersan entre islas más grandes que se forman a medida que las pequeñas se combinan. Tal coalescencia debería ser un fenómeno generalizado para pequeñas islas en superficies, y comprenderlo podría conducir a un mejor control de las películas ultrafinas para uso tecnológico.