En teknik som revolutionerade forskarnas förmåga att manipulera och studera material på nanoskala kan få dramatiska oavsiktliga konsekvenser, ny forskning från Oxford University avslöjar.

Focused Ion Beam Milling (FIB) använder en liten stråle av mycket energiska partiklar för att klippa och analysera material som är mindre än en tusendel av ett hårhår.

Denna anmärkningsvärda förmåga förvandlade vetenskapliga områden som sträcker sig från materialvetenskap och teknik till biologi och geovetenskap. FIB är nu ett viktigt verktyg för ett antal applikationer inklusive; forskar på högpresterande legeringar för rymdteknik, kärn- och fordonsapplikationer och för prototyper inom mikroelektronik och mikrofluidik.

FIB ansågs tidigare orsaka strukturella skador i ett tunt ytskikt (tiotals atomer tjockt) av materialet som skärs. Fram till nu antogs att effekterna av FIB inte skulle sträcka sig längre än detta tunna skadade lager. Banbrytande nya resultat från University of Oxford visar att så inte är fallet, och att FIB faktiskt kan förändra materialets strukturella identitet dramatiskt. Detta arbete utfördes i samarbete med kollegor från Argonne National Laboratory, USA, LaTrobe University, Australien, och Culham Center for Fusion Energy, STORBRITANNIEN.

I forskning som nyligen publicerats i tidskriften Vetenskapliga rapporter , teamet studerade skadorna orsakade av FIB med hjälp av en teknik som kallas koherent synkrotronröntgendiffraktion. Detta förlitar sig på ultraljusa högenergiröntgenstrålar, endast tillgänglig på centrala anläggningar som Advanced Photon Source vid Argonne National Lab, USA. Dessa röntgenstrålar kan undersöka 3D-strukturen av material i nanoskala. Resultaten visar att även mycket låga FIB -doser, tidigare varit försumbar, har en dramatisk effekt.

Felix Hofmann, Docent vid Oxfords avdelning för teknikvetenskap och huvudförfattare till studien, sa, "Vår forskning visar att FIB-balkar har mycket mer långtgående konsekvenser än man först trodde, och att den strukturella skadan som orsakats är betydande. Det påverkar hela provet, grundläggande förändring av materialet. Med tanke på den roll FIB har spelat inom vetenskap och teknik, Det finns ett brådskande behov av att utveckla nya strategier för att korrekt förstå effekterna av FIB -skador och hur den kan kontrolleras. "

Innan utvecklingen av FIB, provberedningsteknikerna var begränsade, tillåter endast sektioner att förberedas från materialmassan, men inte från specifika funktioner. FIB transformerade detta fält genom att göra det möjligt att klippa ut små kuponger från specifika platser i ett material. Denna utveckling gjorde det möjligt för forskare att undersöka specifika materialegenskaper med hjälp av högupplösta elektronmikroskop. Dessutom har det möjliggjort mekanisk testning av små materialprover, en nödvändighet för att studera farliga eller extremt värdefulla material.

Även om han vill att hans kamrater ska ta hänsyn till den allvarliga konsekvensen av FIB, Professor Hofmann sa:"Det vetenskapliga samfundet har varit medvetet om denna fråga ett tag nu, men ingen (inklusive mig själv) insåg problemets omfattning. Det finns inget sätt vi kunde ha vetat att FIB hade sådana invasiva biverkningar. Tekniken är en integrerad del av vårt arbete och har förändrat vårt tillvägagångssätt för prototyper och mikroskopi, helt förändrar hur vi gör vetenskap. Det har blivit en central del av det moderna livet. "

Går vidare, teamet är angelägna om att utveckla medvetenheten om FIB -skador. Vidare, de kommer att bygga vidare på sitt nuvarande arbete för att få en bättre förståelse för skadan som uppstår och hur den kan avlägsnas. Professor Hofmann sa:"Vi lär oss hur vi ska bli bättre. Vi har gått från att använda tekniken blint, för att räkna ut hur vi faktiskt kan se de snedvridningar som orsakas av FIB. Därefter kan vi överväga metoder för att mildra FIB -skada. Det är viktigt att de nya röntgenteknikerna som vi har utvecklat gör att vi kan bedöma hur effektiva dessa tillvägagångssätt är. Från denna information kan vi sedan börja formulera strategier för att aktivt hantera FIB -skador. "