Ett forskargrupp av fusionsforskare har lyckats utveckla en "nanoskala skulpturteknik" för att tillverka en ultratunn film genom att slipa ett volframprov med en fokuserad jonstråle. Detta möjliggör observation i nanoskala av ett tvärsnitt mycket nära den övre ytan av volframprovet med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop. Skulpturtekniken som utvecklats av denna forskning kan tillämpas inte bara på volfram utan även på andra hårda material.

Härdade material som metaller, kol och keramik används i bilar, flygplan och byggnader. I en fusionsreaktorstudie, volfram, som är ett av de hårdaste metallmaterialen, är den mest sannolika kandidaten för pansarmaterialet i enheten som tar emot plasmavärmen/partikelbelastningen. Denna enhet kallas en avledare. I alla härdade material, skador eller defekter i nanometerskalan kan bildas mycket nära materialets övre yta. För att förutsäga materiell livslängd, det är nödvändigt att känna till typerna av skador och deras djupprofiler i ett material. Att göra detta, vi måste observera ett tvärsnitt av området mycket nära materialets övre yta på nanoskalanivå.

För observation av den interna strukturen av material på nanoskalanivå, transmissionselektronmikroskop (TEM), där accelererade elektroner överförs genom målmaterialen, används ofta som ett kraftfullt verktyg. För att observera ett tvärsnitt mycket nära den övre ytan av volfram med TEM, vi extraherar först en liten bit av volframprovet från dess yta och tillverkar sedan en ultratunn film genom att skära det extraherade provet. Tjockleken på filmen måste vara under ~100 nm för att få hög upplösning på grund av den höga överföringen av elektronstrålen. Dock, det har varit extremt svårt att tillverka en så ultratunn film för hårda material som en volfram. Därför, det har varit nästan omöjligt att erhålla ~100 nm tjockleksnivå genom att använda konventionella tunnfilmstekniker.

Forskargruppen av Dr. Masayuki Tokitani och Daisuke Nagata et al från National Institutes of Natural Sciences (NINS) National Institute for Fusion Science (NIFS) har utvecklat en överlägsen nanoskalig tillverkningsteknik för volfram, genom att använda en fokuserad jonstråle—elektronstråle (FIB-SEM) enhet. De kallar denna teknik för "nanoskala skulpturteknik". FIB-SEM-enheten gör att vi kan skära material genom att bestråla dem med en fokuserad Ga-jonstråle på ~ 30 nm i diameter. Forskargruppen har tidigare försökt tillverka en ultratunn film genom att slipa en liten bit volfram med FIB-SEM. Dock, de hade problemet att den översta ytan tyvärr förlorades eftersom strålintensiteten måste vara relativt stark för den hårda volframen. För att lösa det här problemet, de har nu producerat en speciell Ga-stråleoperation för att bibehålla den översta ytan genom att justera strålens strålningspositioner och riktningar. De skärper också gradvis området nära ytan, skapa en form som blir tunnare mot botten. Följaktligen, de får en ultratunn film med en tjocklek på ~100 nm eller mindre och med den övre ytan förblir intakt.

I bilden erhållen genom TEM-observation av den tillverkade ultratunna filmen, vi kan tydligt identifiera den atomära nivåskadan som bildas nära den övre ytan av volframprovet. Således, "Nano-skala skulptur teknik" som utvecklats av detta forskarlag gör det möjligt att observera ett tvärsnitt nära den övre ytan av volframprovet i atomär skala. Denna skulpturteknik kan tillämpas inte bara på volfram utan även på andra hårda material som härdade legeringar och keramik. För närvarande, vi överväger denna skulpturteknik för tillämpning inom fordonsindustrin.