Сегодняшняя потребность ученых – иметь полный контроль над наноструктурами. Используя маски и оптические методы и приспособления, становится возможным контролировать рост наноструктур для их использования в практических приложениях. И это уже стало вполне реальным в изделиях из кремния. С более мягкими материалами дело обстоит несколько сложнее. Работа датских ученых направлена на разработку нового метода нанесения рисунка, при котором управление ростом может быть использовано для большого количества наноматериалов.

Ведущий исследователь группы разработчиков Аархусского Университета (University of Aarhus) в Дании проф. физики Дэвид Филд (David Field) называет новый метод “получение рисунка при приложении электрического заряда» (Voltage Patterning). Проф. Филд уверен, что результаты экспериментальных исследований, которые недавно получила его группа при исследовании случайного дипольного упорядочения во множественных слоях N2O на подложке из золота, могут привести к ряду приложений в нанотехнологии. Ученые запатентовали свой способ получения рисунка путем приложения напряжения и опубликовали результаты исследований в журнале Physical Review Letters (Richard Balog, P. Cicman, N. C. Jones, and D. Field “Spontaneous Dipole Alignment in Films of N2O, – Phys. Rev. Lett. 102, 073003 (2009) |DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.073003).

Ученые облучали пленки N2O, нанесенные на подложки из золота, потоками электронов с очень низкой энергией на университетском синхротроне ASTRID. После облучения пленки приобретали положительный заряд, что, по мнению физиков, определяется упорядочением их дипольной структуры. Этот эффект получен впервые. По мнению проф. Филда это произошло потому, что в большинстве своем в экспериментах ученые используют электрические токи в тысячи раз более сильные, чем датские экспериментаторы, которые разрушают те самые эффекты дипольной структуризации. Используя очень небольшой ток, порядка фемтоампер, ученые из группы проф. Филда сумели «уловить» и удержать в течение нескольких секунд выравнивание диполей.

Варьируя различными параметрами эксперимента, ученые установили, что электрический заряд появляется, начиная с определенной толщины пленки. С этого момента, заряд нарастает при увеличении толщины пленки N2O. При повышении температуры, электрический заряд пачинает накапливаться в пленках с меньшей толщиной. Однако, нарастание величины заряда с увеличением толщины пленки имеет более высокий градиент при более низких температурах. Максимальная величина, которой удалось достичь датским физикам имела порядок пяти вольт.

Проф. Филд уверен, что, несмотря на кажущуюся сложность происходящих явлений, эффект очевиден и реален.

Потенциальные приложения обнаруженного эффекта достаточно широки. Наиболее реальными и эффективными они могут оказаться в нанолитографии, где, например, пленка N2O может быть использована вместе с маской (шаблоном). Большим достоинством нового процесса, по мнению датских ученых, является то, что эффект дипольного упорядочения потенциально может быть использован для получения картины с широким спектром молекул, например, биомолекул. В этом случае, потенциальными приложениями процесса станут новые биосенсоры, лаборатирии на чипе и наноксерография.

Евгений Биргер