När du river upp en påse potatischips eller lägger in en DVD, du förmodligen lägger din hand på sputter deposition. Nej, spring inte för tvålen.

Sprutavlagring är en industriell process som sedan 1970 -talet används för att spruta - det vill säga - tunna filmer på olika underlag, som metallbeläggningen på potatischips, den reflekterande ytan på DVD -skivor, eller elektroniken på datorchips.

Till största del, processen fungerar mycket bra. I en vakuumkammare fylld med en inert gas, som argon, högspänning appliceras på en magnet. Detta ger argon energi, som, i tur och ordning, stöter på partiklar av, säga, volframmetall från en källa nära magneten ut i gasmolnet. Några av dessa extremt heta, laddade volframpartiklar zip med hög hastighet genom argonet och läggs på målet, bildar en tunn film.

Men ibland avlägsnas beläggningarna eller så böjer produkten sig och spricker, som om filmen sträcktes tätt innan den applicerades på ytan. Andra tider, filmerna är för grova. I årtionden, forskare har blivit förbryllade - och tillverkarna frustrerade - över varför dessa problem uppstår.

Nu har forskare vid University of Vermont och Argonne National Laboratory nära Chicago en förklaring:"det är nanopartiklar, säger Randy Headrick, professor i fysik vid UVM, "hålla ihop och dra ihop."

Upptäckten, ledd av Headricks doktorand, Lan Zhou, publicerades 10 augusti i tidningen Fysisk granskning B .

Med kraftfulla röntgenstrålar, laget mätte storleken på volframpartiklar som avsattes på ett mål och blev förvånad. Över ett kritiskt tryck i argongasen (åtta en miljondelar av en atmosfär), storleken plötsligt hoppade. Istället för enstaka atomer eller flera atommolekyler-som man kan förvänta sig i högvärmen, höghastighetsmiljö i en sputtkammare-de upptäckte relativt gigantiska klumpar med hundratals atomer:vad forskarna kallar en "nanopartikelaggregation".

"Det är en kondens, som moln, som dimma, säger Headrick, "Det här är något vi verkligen inte förväntade oss."

Dessa nanopartiklar dras ihop och smälter samman, dra filmen tätt som små "nanohålrum" mellan partiklar elimineras. Detta kan skapa stress i tunna filmer som är tillräckligt starka för att dra elektroniska skivor till en koppform eller grovhet som snedvrider de känsliga beläggningarna på optiska linser.

"Ingen insåg att man i gasfasen kunde producera en så stor partikel, säger Al Macrander, en fysiker vid Argonne National Laboratory och en medförfattare till artikeln. "De är mycket energiska, så det är kontraintuitivt att de skulle hålla fast-på grund av deras hastighet, "säger han. Men håll fast de gör det.

I sputteravlagringskammaren, "partiklar börjar med temperaturer på cirka tiotusen grader, "UVM:s Randy Headrick förklarar. Men även när de rör sig i gasen, de svalnar något och "när de svalnat, " han säger, "de vill gå tillbaka till att vara en solid."

"Detta har stora konsekvenser, "Macrander säger, "för många branscher, inte bara optik. "För hans del, de nya fynden kommer sannolikt att hjälpa till att påskynda skapandet av avancerade röntgenlinser som han har hjälpt till att utveckla.

Än så länge, ansträngningarna att göra dessa linser har inte lyckats eftersom sputavsättningsprocessen har producerat beläggningar som fortfarande är för grova med för mycket spänning-trots att man använder toppmoderna tekniker.

"Dessa linser är avsedda att fokusera röntgenstrålar på mindre dimensioner än någonsin har uppnåtts, " han sa, "ner till en nanometer." För att göra dessa linser krävs mer än tusen lager tunn film. "Stress byggs upp och blir ett problem, " han säger.

Teamets nya inblick i den grundläggande fysiken för sputteravsättning pekar vägen mot en lösning, men ekvationen är komplex. "Om du vill få riktiga släta ytor, du måste sätta in vid lägre argontryck, "säger UVM:s Lan Zhou. Men vid detta mycket låga tryck, partiklarna träffar med sådan hastighet att de tunna filmerna vill expandera, skapa det motsatta problemet genom att dra isär filmer.

"Det är fortfarande en öppen fråga:vad gör du för att göra en film utan stress och så smidig som möjligt?" säger Headrick.

"Nu förstår vi åtminstone vad som händer, "säger Zhou, "så att människor kan försöka optimera förhållandena för filmavsättning, för struktur och grovhet. "

Fortfarande, vad är problem i en applikation kan vara en fördel i andra. "Det finns mycket mer i detta fynd än linsbeläggningar, säger Headrick, "det finns många typer av material där du vill göra nanopartiklar, som vissa typer av katalysatorer eller solceller. Detta kan vara ett bra sätt att göra nanopartiklar billigt. "

Men kostnaden för att räkna ut det var brant. "Det tog flera år innan vi förstod "säger Zhou, med det lätt slitna leendet som doktorander bär bäst, "det var svårt att tänka på att aggregerade partiklar bildades mitt i ett flöde."