Los iones son una herramienta esencial en la fabricación de chips, pero estos átomos cargados eléctricamente también se pueden usar para producir nano-tamices con poros distribuidos homogéneamente. Un número particularmente grande de electrones, sin embargo, debe eliminarse de los átomos para este propósito. Estos iones altamente cargados pierden una cantidad sorprendentemente grande de energía o casi ninguna al pasar a través de una membrana que mide solo un nanómetro de espesor. Investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) informan en la revista científica Cartas de revisión física que este descubrimiento es un paso importante hacia el desarrollo de nuevos tipos de componentes electrónicos hechos de grafeno.

Aunque los iones altamente cargados causan daño solo en un área muy limitada de la superficie de un material, lo hacen de manera extremadamente eficiente. Esto los convierte en una herramienta ideal para tareas especiales, como perforar películas ultrafinas de carbono que miden solo un nanómetro de espesor (un nanómetro =una millonésima de milímetro). El resultado es un nano-tamiz tecnológicamente utilizable que podría, por ejemplo, separar diferentes gases.

"El material de bombardeo con iones se puede comparar con el golpe de bolas de billar, "según Richard Wilhelm, Candidato a doctorado en el HZDR. "Un jugador profesional sabe exactamente en qué ángulo debe golpear la pelota para tener éxito durante su turno. Al hacerlo, el jugador también calcula la energía que debe ser transmitida por una pelota a una o más de las otras bolas. "Los iones se comportan de manera similar cuando chocan con los átomos en el material. Los iones disminuyen gradualmente su camino a través de un gran número de colisiones y pierden energía continuamente, como una bala que penetra en el tronco de un árbol y luego se detiene allí.

Para un material ultrafino que consta de solo unas pocas capas atómicas, esta analogía, sin embargo, no es aplicable, como demuestran los emocionantes resultados de los últimos experimentos en el Ion Beam Center de HZDR. Wilhelm y sus colegas de Dresde y Viena observaron por primera vez en experimentos que los iones altamente cargados volaban a través de una nanomebrana prácticamente sin verse afectados, o perdió una asombrosa cantidad de energía al hacerlo. Se asumió previamente, sin embargo, que los iones siempre pierden la misma cantidad de energía en promedio.

Para poder ver este efecto recién descubierto, la membrana no puede ser más gruesa que un nanómetro:la membrana de carbono, colgando libremente de un transportador, fue producido en la Universidad de Bielefeld. Además, los iones deben tener una carga positiva alta, lo que significa que muchos electrones se eliminaron de antemano. Se utilizaron iones de xenón cargados treinta veces. Pueden ocurrir dos eventos diferentes cuando los iones de xenón golpean la membrana ultrafina. Mientras que un ion puede pasar virtualmente sin obstáculos entre los átomos de carbono de la nanomembrana, un ion diferente podría chocar con uno de los átomos del material. Durante tal colisión, pasa a través de la nube de electrones del átomo y absorbe los electrones cargados negativamente. Esta captura de electrones casi conduce a la neutralización del ion, resultando en una considerable desaceleración. Dependiendo del ángulo en el que el ion continúa viajando después de la colisión, la pérdida de energía asciende hasta el diez por ciento.

"Nuestros experimentos demostraron por primera vez que la pérdida de energía en el material depende considerablemente del estado de carga de los iones. Sospechamos una relación general, que no se podía observar previamente con los materiales más gruesos habituales y en estados de carga iónica más baja, "explica el candidato a doctorado de HZDR, Wilhelm.

Grafeno el "material milagroso"

A los investigadores de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf y de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) les gustaría trabajar con el prometedor material del grafeno como siguiente paso. El grafeno es carbono que tiene solo una capa atómica de espesor. Posee propiedades casi exóticas, como una durabilidad extrema mientras que también es transparente y un metal. "Muchos grupos de todo el mundo están trabajando con grafeno en este momento, pero muy pocos están incorporando átomos extraños en el material bidimensional. Si esto pudiera hacerse de forma rutinaria mediante la implantación de iones, podría conducir a componentes electrónicos novedosos con capacidades inesperadas, "explica Richard Wilhelm. Dentro del Ion Beam Center del HZDR, Hay varias instalaciones más disponibles para generar iones altamente cargados para experimentos con grafeno. El TU Wien, un socio de investigación a largo plazo, está de nuevo activamente a bordo.